close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

3542.Инновации и перспективы сервиса

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БАШКОРТОСТАН
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
УФИМСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ
ЭКОНОМИКИ И СЕРВИСА
ИННОВАЦИИ И ПЕРСПЕКТИВЫ СЕРВИСА
Сборник научных статей
IV Международной научно-технической конференции
18 декабря 2007 г.
УФА – 2007
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
УДК 338.46.001.7
ББК 65.442
И 66
Редакционная коллегия:
Солодилова Н.З. – проректор по НР, д-р экон. наук, профессор;
Николаева С.В. – проректор по ОВ, канд. хим. наук, доцент;
Янборисов В.М. – зам. директора ИТТС по НР, зав. кафедрой ТПМ и ОП,
д-р хим. наук, доцент;
Кунакова Р.В. – зав. кафедрой СХТ, член-корр. АН РБ, д-р хим. наук,
профессор;
Мухамадиев А.А. – директор ИТТС, канд. техн. наук;
Ураксеев М.А. – зав. кафедрой МАП и ТС, д-р техн. наук, профессор;
Гирфанова Л.Р. – и.о. зам. директора ИДНК по УР, канд. техн. наук, доцент;
Файрузова Р.Г. – начальник службы связей с общественностью и
издательства;
Осипова Г.М. – заведующий редакционно-издательским отделом
Инновации и перспективы сервиса: Сборник научных статей
Международной научно-технической конференции, 18 декабря 2007 г. – Уфа:
Уфимск. гос. академия экономики и сервиса, 2007. – 314 с.
ISBN 5-88469-312-5
В сборнике представлены результаты научных исследований ученых по
проблемам совершенствования техники и технологии сервиса, обсуждаемым в
четырех секциях:
1. Современные технологии в производстве бытовой техники;
2. Химия и химическая технология, экология сервиса;
3. Трансфер технологий в социальную сферу и туризм;
4. Технологии в индустрии дизайна и моды.
Сборник научных статей предназначен для ученых, специалистов
промышленных предприятий, аспирантов и студентов.
 Уфимкая государственная академия
экономики и сервиса, 2007
ISBN 5-88469-312-5
2
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
СЕКЦИЯ I.
Современные технологии в производстве бытовой техники
УДК 542.97:542.91.821.4
А.Ф. РОМАНЧЕНКО, Р.А. ХАФИЗОВ
Уфимская государственная академия экономики и сервиса (г. Уфа)
ОСОБЕННОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МЕТОДА ПОВЫШЕНИЯ
ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ ПЕРВИЧНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ
КОММУТИРОВАНИЕМ ЕГО ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ
Контроль параметров изделий и технологических процессов на базе
первичных преобразователей (ПП) информации неразрывно связан с
необходимостью своевременного преобразования и передачи информации с
требуемой скоростью к системам отображения, либо к исполнительным
органам систем управления.
Информационные характеристики ПП определяются как его
конструктивными особенностями, так и режимами функционирования.
Данный показатель представляет собой максимальное количество
информации, которое может быть передано по информационноизмерительному каналу ПП в единицу времени. Потеря информации о
входной контролируемой координате на этапе ее преобразования ПП в
дальнейшем не может быть восстановлена схемными решениями.
Следовательно, решение проблемы повышения скорости преобразования
информации на начальных каскадах систем контроля и управления является
принципиальным при повышении точности проектируемых систем.
Такая задача может быть успешно решена, если при формировании
информационной системы ПП перейти из области выделения полезной
информации по уровню энергетического состояния ПП, определяемого
значением контролируемой входной координаты (регистрируемый сигнал), в
область выделения полезной информации по параметрам информационной
системы, позволяющим прогнозировать конечное энергетическое состояние
ПП [1, 2].
Важнейшими параметрами «прогноза» конечного энергетического
состояния ПП при соответствующих значениях входных координат x являются
(см. рис. 1) крутизна  кривой переходного процесса y(t) изменения
энергетического состояния при скачкообразном изменении условий,
определяющих ее конечное энергетическое состояние, а также
соответствующие производные , , … от данной функции.
3
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»




Рис. 1
В каждой рабочей точке А переходного процесса y(t) параметр
«прогноза» а (, , …) характеризуется своей градуировочной
характеристикой по отношению к значениям входных контролируемых
воздействий.
При проектировании систем управления и информационных систем
решаются проблемы снижения уровня помех (шума) на выходе ПП, которые
часто имеют определенную доминирующую составляющую, либо
равномерную спектральную плотность (белый гауссовский шум) в пределах
всего частотного диапазона воздействия. Повышение информационной
пропускной способности ПП неразрывно связано с фильтрацией таких помех в
процессе преобразования входной координаты, так как только в этом случае
можно увеличить отношение «полезный сигнал/шум» на выходе ПП без
изменения его динамических свойств.
Фильтрация помех, имеющих равномерную спектральную плотность,
либо доминирующую составляющую, в процессе преобразования входных
координат ПП, часто сопряжена с техническими трудностями и эффективно не
реализуется известными способами фильтрации. Не известны эффективные
способы фильтрации, которые позволяют решить эту задачу в процессе самой
организации преобразования входной координаты ПП без использования
дополнительных устройств.
Как правило, нестационарный энергетический процесс инициирован
входным воздействием на ПП, который и определяет его динамические
характеристики. При скачкообразном изменении входного воздействия (см.
фиг.2) изменение полезного выходного сигнала Uвых цепи преобразования
связано со стремлением энергетической системы достичь установившегося
значения, соответствующего уровню входного воздействия. При этом скорость
изменения энергетического состояния (изменения выходного сигнала Uвых),
определяемая крутизной кривой переходного процесса, например, между
уровнями фиксированных значений выходного сигнала Uвых' и Uвых'', может
служить характеристикой, несущей информацию о значении полезного
входного воздействия.
В реальных условиях на выходной полезный сигнал Uвых накладывается
помеха ε, которую часто очень сложно выделить и отфильтровать
традиционными известными методами. Однако при рассматриваемой
4
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
организации преобразования входного сигнала, на выходе ПП во времени
изменяется (см. рис. 2) суммарный (результирующий) сигнал Uвых+ ε. При
этом, как видно из рис. 1, скорость изменения результирующего выходного
сигнала и полезного сигнала Uвых между фиксированными уровнями Uвых' и
Uвых'' одинакова. Следовательно, и время изменения результирующего
выходного сигнала и полезного выходного сигнала будет равно одному и тому
же значению t1.
Рис. 2
При этом необходимо, чтобы соблюдались следующие условия:
- уровень помехи ε на интервале регистрации полезного входного
сигнала не должен меняться;
- действующая помеха ε не должна влиять на динамику изменения
энергетического состояния системы преобразования.
Характер формирования и физическая природа действующих, наряду с
полезным сигналом, помех обеспечивают в большинстве известных
технических случаев выполнение вышеприведенных условий.
После регистрации контролируемого параметра t1, однозначно
связанного с уровнем входного воздействия, система преобразования
приводится в исходное энергетическое состояние, т.е. выводится на исходный
уровень энергетического состояния, обеспечивающего уровень выходного
сигнала Uвых'. После этого повторяют процесс нарастающего изменения
энергетического состояния с достижением результирующего выходного
сигнала уровня Uвых'', при котором снова осуществляется коммутация
энергетического состояния системы преобразования. Новое значение t2
интервала изменения результирующего выходного сигнала Uвых+ε между
уровнями значений Uвых' и Uвых'' будет характеризовать новое значение
входного воздействия и не будет зависеть от уровня действующих помех ε.
5
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Необходимо в процессе преобразования информации в условиях
нестационарного энергетического состояния ПП технически обеспечивать
выделение тех изменений [3] в динамических характеристиках
информационной-измерительной системы ПП, которые зависят от значения
входной координаты и не зависят от уровня действующих, наряду с полезным
входным сигналом, помех. При этом с ростом отношения «полезный
сигнал/шум» возрастает и информационная производительность ПП.
Следует иметь в виду, что рост информационной производительности
(пропускной способности) ПП при создании условий для фильтрации помех
осуществляется
без
изменения
конструктивных
особенностей
преобразователя, что часто ограничено технологическими факторами.
Предложенная организация преобразования входного сигнала дает
эффект при наличии помех с равномерной спектральной плотностью. Для
случая действия доминирующих помех с определенной фиксированной
частотной составляющей возможна организация фильтрации таких помех за
счет организации преобразования сигнала, но только в определенной рабочей
точке диапазона изменения входного воздействия.
Для случая преобразования непрерывного входного сигнала
организуется периодическая коммутация энергетического состояния ПП с
выделением частоты коммутации выходного сигнала, определяемой значением
временного интервала t1 изменения результирующего выходного сигнала
между фиксированными значениями. При этом следует иметь в виду
зависимость предельного значения организуемой частоты коммутации
энергетического состояния ПП от частотных свойств сигнала преобразования.
При непрерывном преобразовании входной координаты на базе ПП
выходной сигнал будет представлять последовательность импульсов,
длительность которых функционально связана со значением входной
координаты. Частотная форма выходного сигнала ПП удобна для
последующей обработки всего потока информации на микропроцессорной
технике.
Следует иметь в виду, что предложенная организация преобразования
входного сигнала ПП нестационарного энергетического состояния
обеспечивает фильтрацию помех за счет самой организации преобразования
входного сигнала при отсутствии дополнительных технических средств
фильтрации помех.
Список литературы
1. Романченко
А.Ф.
Принцип
высокоскоростного
преобразования
информационных потоков первичными преобразователями / А.Ф. Романченко
// Вестник АН РБ. – 2005. – Т. 10. – № 2. – С. 12-15.
2. Романченко А.Ф. Информационно-измерительные системы нестационарного
энергетического состояния / А.Ф. Романченко. – Уфа, УТИС, 2000. – 173 с.
6
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3. Романченко А.Ф. К вопросу фильтрации помех при преобразовании сигнала
/ А.Ф. Романченко, Р.Р. Тазетдинов // Инновации и перспективы сервиса: сб.
матер. межд. научн. тех. конф. – Уфа, 2006. – С. 15-17.
УДК 681.586.54
М.А. УРАКСЕЕВ, К.В. ВАЖДАЕВ
Уфимская государственная академия экономики и сервиса (г. Уфа)
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ АКУСТООПТИЧЕСКИХ
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ
Как известно, существуют два вида акустооптического взаимодействия:
режим рассеяния Рамана-Ната, известный также как эффект Дебая-Сирса, и
режим дифракции Брэгга.
Исследования, направленные на выявление условий, при которых
наблюдается тот или иной вид дифракции, предпринимались многими
учеными. Однако, когда в современной акустооптике заходит речь о критерии,
разграничивающем дифракцию Рамана-Ната и Брэгга, то в большинстве своем
авторы делают ссылку на работу Клейна и Кука [1], которые сделали
обобщение результатов предыдущих работ. Согласно этой работе вид
дифракции определяется безразмерным параметром Q = 2b / 2, где b –
ширина акустооптического модулятора (АОМ) (длина взаимодействия света с
акустическим пучком),  – длина световой волны,  – длина звуковой волны.
При Q  b имеет место дифракция Рамана-Ната, а при Q  b –
дифракция Брэгга. Однако эти условия являются достаточно сильными [2], и
практически дифракция Рамана-Ната наблюдается уже при Q  0,3, а
дифракция Брэгга при Q  4.
Учитывая, что рекомендации по проектированию акустооптических
преобразователей линейных перемещений (АОПЛП) не описаны в известных
работах, ниже приведены рекомендации по проектированию АОПЛП,
базирующиеся на методике проектирования АОМ, рациональном выборе
материалов и электрического преобразователя, акустического поглотителя и
теплоотвода.
Методика проектирования акустооптического модулятора.
В таблице 1 представлена методика проектирования АОМ.
Проектирование модулятора с оптимальными значениями определяется рядом
параметров. Выбор проектирования модулятора с оптимальными значениями
включает выбор оптимального решения противоречий. Безусловно, давать
рекомендации по проектированию всех возможных модуляторов является
достаточно трудной задачей. Например, между полосой модуляции и
потребляемой акустической мощностью существует противоречивая связь:
7
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
изменение любого параметра АОМ, приводящее к улучшению одной из
характеристик, сопровождается ухудшением другой.
В работе [3] на основании зависимостей характеристик световых и
звуковых сред произведена оптимизация параметров АОМ. Согласно этой
работе предполагается, что полоса модуляции f задана. Если считать, что Y =
const, где Y – безразмерная величина, то в оптимальном случае между f и b
существует однозначное соответствие
YnV 2Gопт
b
,
(1)
4 f 2
где Gопт – оптимальный параметр Гордона, примерно равный 1,5 [4].
Выражение для акустической мощности в этом случае будет иметь вид
83gYf
Pа  3
,
(2)
 M 3Wопт
где  – интегральная эффективность дифракции; g – коэффициент запаса; Wопт
– оптимальное значение функции W; M3 = p2n7/(V2) – коэффициент качества,
где p – упругооптический коэффициент, n – показатель преломления,  –
плотность материала, V – скорость распространения акустической волны. В
случае изотропной дифракции Wопт = 0,68.
Таблица 1
Методика проектирования акустооптического модулятора
Определить спецификацию системы:
- длину волны источника света ;
1
- диаметр луча источника света D;
- частота УЗ-волны f
Определить среду (материал) АО модулятора:
2
- показатель преломления n0;
- скорость распространения УЗ-волны в среде V
Определить ширину АО модулятора:
3
длину взаимодействия световой и УЗ-волны b
4 Вычислить мощность возбуждения акустических волн Pа
Приемлемая ли мощность возбуждения Pа?
Да – завершить проектирование;
5
Нет – сверить спецификацию системы и
выбрать альтернативный материал
В таблице 2 приведены оптимальные параметры изотропных
модуляторов, полученные по формулам (1) и (2) для  = 10 %, g = 3, Y = 3 и f
= 100 МГц. Центральная частота преобразователя во всех случаях равна f = 510
МГц.
8
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Из (2) следует, что при оптимальном выборе параметров модулятора
потребляемая мощность не зависит от геометрических размеров
преобразователя, а определяется главным образом коэффициентом качества.
Список литературы
1. Klein W.R., Cook B.D. Unified approach to ultrasonic light diffraction. – IEEE
Trans. – v. SU-14. – p. 723-733. – 1967.
2. Функциональные устройства обработки сигналов (основы теории и
алгоритмы): Учебное пособие для вузов / Баруздин С.А., Егоров Ю.В.,
Калиникос Б.А. и др.; Под ред. Егорова Ю.В. – М.: Радио и связь, 1997. – 288 с.
3. Балакший В.И. Физические основы акустооптики / В.И. Балакший,
В.Н. Парыгин, Л.Е. Чирков – М.: Радио и связь, 1985. – 280 с.
4. Maydan D. Acousto-optical pulse modulators. – IEEE J., 1970, v. QE-6, № 1, p.
15-24. – 1970.
УДК 621.314
С.В. ШАПИРО, А.Р. ДАВЛЕТШИН
Уфимская государственная академия экономики и сервиса (г. Уфа)
МОДЕЛИРОВАНИЕ МАГНИТОСТРИКТОРА В СИСТЕМЕ ORCAD.
Для проектирования современных процессов, основанных на
использовании ультразвука, необходимо разработать компьютерную модель
магнитостриктора, наиболее мощного излучателя акустических сигналов в
диапазоне свыше 20 кГц.
Магнитостриктор [1] представляет собой катушку индуктивности,
сердечник которой выполнен из специального ферромагнитного материала,
обладающего высоким коэффициентом магнитострикции λ [2], рис. 1. Как
правило, этот сердечник подмагничен постоянным током, благодаря чему при
одной и той же амплитуде переменного тока в катушке в несколько раз
возрастает амплитуда колебаний длины сердечника.
9
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 1. Магнитостриктор
В научно-исследовательской лаборатории кафедры физики Уфимской
государственной академии экономики и сервиса была разработана
компьютерная модель магнитостриктора в системе ORCAD, основанная на его
электрической схеме замещения (рис. 2).
Разработка этой схемы основывалась на модели, данной в [3]. Согласно
этой модели переменное напряжение, приложенное к обмотке
магнитостриктора, можно представить в виде двух индуктивностей L и Lстр ,
где
Sw 2
Sw 2
L  0
, Lñòð   ïåð
, (  0 и  пер – усредненные значения магнитной
l
l
проницаемости сердечника для поля подмагничивания и переменной
составляющей магнитной индукции).
Рис. 2. Электрическая схема замещения магнитостриктора
Параллельно Lстр включена ветвь, состоящая из эквивалентного
конденсатора C стр и резистора Rстр . Конденсатор моделирует упругость
сердечника, а резистор – активное сопротивление среды движению излучателя
магнитостриктора.
На
рис.
3
показана
амплитудно-частотная
характеристика
10
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
магнитостриктора, полученная на компьютерной модели.
Рис. 3. Амплитудно-частотная характеристика магнитостриктора
Характеристика полностью совпадает с экспериментальной для тех
параметров магнитостриктора, которые используются в стандартных
источниках ультразвука. Однако модель позволяет менять значения Lстр , L,
C стр и Rстр в любом диапазоне, тем самым осуществляя поиск оптимальных
параметров.
Список литературы
1. Ультразвук. Маленькая энциклопедия / Гл. ред. И.П. Големина. – М.:
Советская энциклопедия, 1979. – 400 с.
2. Справочник
по электротехническим
материалам /
Под
ред.
Ю.В. Корицкого, В.В. Пасынкова, Б.М. Тареева. Т.3 – 3-е изд. перераб. – Л.:
Энергоатомиздат, 1988. – 728с.
3. Шапиро С.В. Электрическая модель магнитострикционной нагрузки /
С.В. Шапиро // Известия ВУЗ. Электромеханика, 1980. № 11. – С. 8.
УДК 621.311.245
Р.Б. ЯРУЛЛИН, Д.В. КАРАЛКИНА
Уфимская государственная академия экономики и сервиса (г. Уфа)
К ВОПРОСУ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ ВЕТРА И ВОСХОДЯЩИХ
ВОЗДУШНЫХ ПОТОКОВ
В энергетической стратегии России до 2020 года указывается, что для
обеспечения энергетической безопасности страны, наряду с решением
проблемы модернизации технологической базы топливно-энергетического
комплекса, потребуется решить проблему изменения структуры потребления и
11
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
размещения топливно-энергетических ресурсов. Для этого предусмотрено
увеличение потребления атомной и гидроэнергии, угля и возобновляемых
источников (ВИЭ). К ВИЭ относятся: солнечная, ветровая, гидравлическая
(малые ГЭС), геотермальная энергия, биомасса и низкопотенциальная
тепловая энергия разных сред. Специалисты считают, что среди них наиболее
перспективными являются солнечная и ветроэнергетика [1-4].
Ветровая энергия, наряду с солнечной и водной, принадлежит к числу
постоянно возобновляемых и, в этом смысле, вечных источников энергии,
обязанных своим происхождением деятельности Солнца.
От Солнца Земля получает 100 000 000 000 мВт энергии в час.
Вследствие неравномерного нагрева солнечными лучами земной поверхности
и нижних слоев земной атмосферы, в приземном слое, а также на высотах от 7
до 12 км возникают перемещения больших масс воздуха, то есть рождается
ветер. Он несет колоссальное количество энергии: 96·1021Дж (26,6·1015кВт·ч),
что составляет почти 2 % энергии всей солнечной радиации, попадающей на
Землю. Сила ветра, зависящая от его скорости, изменяется в очень широких
пределах — от легкого дуновения до урагана, скорость которого достигает 6080 м/сек. Потенциальные ресурсы ветровой энергии на всей территории
бывшей СССР определены в 10,7 ГВт·ч (млрд кВт·ч) с возможной годовой
отдачей 65·1018 Дж (18-1012кВт·ч). Используя даже несколько процентов этой
энергии, можно удовлетворить значительную часть потребностей страны.
Исходя из хозяйственных, ветровых и других зональных условий, определяют
тип применяемой ветроустановки и её экономические показатели.
К достоинствам ветровой энергии, прежде всего, следует отнести
доступность, повсеместное распространение и практически неисчерпаемость
ресурсов. Источник энергии не нужно добывать и транспортировать к месту
потребления: ветер сам поступает к установленному на его пути
ветродвигателю. Эта особенность ветра чрезвычайно важна для
труднодоступных (арктических, степных, пустынных, горных и т.п.) районов,
удаленных от источников централизованного энергоснабжения, и для
относительно мелких (мощностью до 100 кВт) потребителей энергии,
рассредоточенных на обширных пространствах. Эту энергию можно получать,
не загрязняя окружающую среду.
Основное препятствие к использованию ветра как энергетического
источника — непостоянство его скорости, а, следовательно, и энергии во
времени. Ветер обладает не только многолетней и сезонной изменчивостью, но
также изменяет свою активность и направление в течение суток и за очень
короткие промежутки времени (мгновенные пульсации скорости и порывы
ветра). Потенциал ветровой энергии зависит от значений среднегодовой или
среднепериодной скорости и повторяемости различных скоростей ветра. Его
оценивают количеством энергии, которую с помощью ветродвигателя можно
получить в данной местности. В зонах с умеренным ветровым режимом
(среднегодовая скорость ветра 5 м/сек) на 1 км2 можно получить годовую
12
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
выработку электроэнергии около 3,6 МДж (1 млн кВт·ч, или 1 ГВт·ч).
Мощность ветрового потока пропорциональна кубу скорости ветра. Поэтому,
даже относительно небольшие его изменения приводят к значительным
колебаниям мощности, развиваемой ветродвигателем, в диапазоне скоростей
от минимальной рабочей, при которой ветродвигатель начинает вырабатывать
полезную мощность, до расчетной, которой соответствует установленная
мощность ветроэнергетической установки. Конструкции и способы
регулирования частоты вращения и мощности ветродвигателей обеспечивают
их надежную работу при буревых скоростях ветра (40-50 м/сек) и ограничение
развиваемой мощности таким образом, что максимальная мощность
превышает установленную обычно не более чем на 15-20 %. Чтобы уменьшить
колебания мощности или избежать их, ветровую энергию в периоды, когда
имеется избыточная мощность, аккумулируют и затем используют в периоды
безветрия или недостаточных скоростей ветра. Специфичностью
аккумулирования в значительной мере объясняются трудности утилизации
ветровой энергии и причины еще недостаточного ее практического
использования. Специалисты считают, что ветровую энергию, прежде всего,
следует использовать в таких производственных процессах, которые
допускают перерывы в подаче энергии, или в тех случаях, когда продукт
переработки может быть заготовлен впрок (подъем воды, орошение, дренаж,
помол зерна, кормоприготовление, зарядка электрохимических аккумуляторов
и т.п.). Первое место в мире по использованию энергии ветра прочно занимает
Германия. В России же ветроэнергетика развивается крайне медленно.
Связано это с тем, что производимые у нас установки никак не могут
избавиться от двух серьезных недостатков: высокой стоимости (впрочем, цена
зарубежных моделей тоже высока, но они обладают большей энергетической
эффективностью и другими достоинствами) и наносимого ими некоторого
экологического вреда. Работа ветроэнергетических установок (ВЭУ)
сопровождается шумом, вибрациями, таит в себе опасность для птиц, которые
гибнут, попадая под лопасти ветроколеса, а также отражаются радиоволны
вращающимися лопастями, создавая помехи приему телепередач в
близлежащих населенных пунктах. И все же привлекательные стороны
ветроэнергетики – ее неистощимость, безотходность, возможность быстрого
развертывания ветроэлектростанций в любых местах – заставляют инженеров
работать над усовершенствованием конструкций ВЭУ. ВЭУ достигли сегодня
уровня коммерческой зрелости и в местах с благоприятными скоростями ветра
могут конкурировать с традиционными источниками электроснабжения.
Например [4], за последние 10 лет стоимость одного кВт·ч выработанной
электроэнергией на них снизилась в 3 и более раза, что сопоставимо со
стоимостью
электроэнергии,
вырабатываемой
на
традиционных
электростанциях.
Усовершенствования с целью увеличения мощности ВЭУ идут по двум
путям [1-4]: увеличения размеров традиционных пропеллерных установок до
13
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
66 м (Германия) и создания многомодульных ВЭУ, состоящих из одного –
двух десятков небольших ветроколес диаметром 1-2 м (Россия). Практика
показала, что модульные ВЭУ лишены большинства недостатков
(существенное снижение шума, 100 %-ая защита птиц), дешевле, экологичнее
и экономичнее пропеллерных ВЭУ и удобнее в эксплуатации. Подбором
количества модулей мощность установки можно изменять в несколько раз и
имеется возможность ремонта неисправного модуля без остановки остальных.
Для России наибольший интерес в настоящее время представляют
автономные, не соединенные с централизованной энергосистемой,
многофункциональные
гибридные
дизель-ветровые
электростанции,
предполагающие работу дизель-электростанции во время отсутствия ветра. В
перспективе с ликвидацией запасов нефти и газа и острой необходимостью
защиты окружающей среды ветровая энергетика из альтернативной может
стать безальтернативной [4].
Актуальность проблемы ветроэнергетики заставляет постоянно работать
разработчиков над усовершенствованием конструкций, повышением
энергетической и экономической эффективности ВЭУ. В этом направлении
есть ряд конструктивных решений, связанных с формой и длиной лопастей,
ориентацией ротора в соответствии с направлением ветра, ускорением потока
ветра [5], увеличением высоты опорных башен, а также использованием
восходящих воздушных потоков, возникающих за счет тепловой энергии
солнца [6], перепада давления и температуры.
В этом направлении представляет определенный интерес использования
бездействующих дымовых труб котельных, ТЭС и т.п. [6,7]. Эти трубы, с
одной стороны, служат в качестве опорной вышки ВЭУ. Одновременно ствол
шахты у них используется в качестве ветронаправляющего канала для
восходящих от перепада температуры и давления, у основания и в устье
трубы, воздушных потоков. Для использования энергии восходящего
воздушного потока в нижней части трубы установлена ВЭУ [7], у которой ось
ротора совпадает с продольной осью трубы. Для одновременного
преобразования энергии ветра на верхнем устье трубы расположена вторая
ВЭУ с горизонтальной осью вращения ротора. Ось ротора с изменением
направления ветра имеет возможность поворота в горизонтальной плоскости.
Предложенное решение, на которое получен авторами патент на полезную
модель, позволяет повысить энергетическую и экономическую эффективность
ВЭУ.
Список литературы
1.
2.
3.
4.
Ветроэнергетика. www.energocenter.ru
Наука и жизнь. www.riviratu.ru
Ветроэнергетика. www.vitro-energina.uco2.ru
Новости компании. Газета «Энергия России». www.rao-ees.ru
14
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
5. Пат. 2256818 Российская Федерация, МПК F03 Д1/04. Ветроэнергетическая
установка с ускорением потока; заявитель и патентообладатель МАРРЕРО
О/ШАНАХАН Педро М. – № 2002116692/06; заявл. 22.11.00; опубл. 20.07.05.
6. Пат. 2138684 Российская Федерация, МПК F03Д7/00. Устройство для
преобразования воздушных потоков в электрическую энергию; заявитель и
патентообладатель Рожков Александр Алексеевич. – № 98112199/06; заявл.
23.06.98; опубл. 27.09.99.
7. Пат. на полезную модель 60149 Российская Федерация, МПК F03Д 9/00, Е
04Н 12/28. Ветроэнергетическая установка; заявитель Яруллин Ринат
Бариевич, Ибатуллин Марат Галкович, Каралкина Дарья Валерьевна;
патентообладатель Уфимский государственный институт сервиса. – №
2005140002/22; заявл. 20.12.05; опубл. 10.01.07. Бюл. № 1.
УДК 681.327
И.О. ЯКОВЛЕВ
Уфимская государственная академия экономики и сервиса (г. Уфа)
ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ И
УПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМ: ОБЗОР ПРОМЫШЛЕННЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
ЗАРУБЕЖНЫХ СТРАН
Контроллер является «сердцем» информационно-измерительной и
управляющей системы (ИИиУС), обеспечивающим ее «жизнедеятельность»,
поэтому следует уделять особое внимание при его выборе.
К современным промышленным контроллерам предъявляются
следующие требования: возможность масштабирования, поддержка различных
законов управления, интегрирование с бизнес-системами, эффективное
техническое обслуживание и модернизация, управление стоимостью
жизненного цикла и управление риском потребителя и ответственностью
производителя.
Для оценки экономической выгоды внедрения ИИиУС на базе
промышленных контроллеров применяется несколько показателей:
а) совокупная стоимость владения; б) анализ выгодности затрат.
В настоящее время наблюдается высокая конкуренция десятков фирм,
выпускающих близкую по структуре и параметрам продукцию. Контроллеры
одних и тех же классов производят транснациональные компании и малые
фирмы. Ускоряется появление новых версий контроллеров. Увеличивается
степень стандартизации и унификации различных свойств и характеристик
контроллеров.
В настоящей работе приведен обзор промышленных контроллеров
производства Mitsubishi Electric, Rockwell Automation и ICP-CON, а так же дан
краткий обзор их линеек, выпускаемых в настоящее время.
15
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Программируемые логические контролеры (ПЛК) от Mitsubishi
Electric.
Компания Mitsubishi Electric входит в тройку крупнейших мировых
производителей оборудования для промышленной автоматизации и предлагает
своим клиентам широкую гамму ПЛК [3].
ПЛК
представляют
собой
микропроцессорные
устройства,
предназначенные для выполнения алгоритмов управления. Принцип работы
ПЛК заключается в сборе и обработке данных по прикладной программе
пользователя с выдачей управляющих сигналов на исполнительные
устройства.
Mitsubishi Electric предлагает широкий выбор контроллеров семейства
MELSEC для задач управления любого уровня сложности. В зависимости от
типа, контроллеры Mitsubishi Electric могут использоваться как на уровне
управления отдельными технологическими единицами, так и на уровне
управления технологическим процессом в целом. По применению их можно
разделить на три серии:
Серия ALPHA – контроллеры для небольших задач управления с
количеством каналов ввода/вывода до 28. Удобное русскоязычное
программное обеспечение с графическим представлением алгоритма
обработки дает возможность создавать рабочую программу пользователям, не
имеющим специальных знаний и навыков в области программирования.
Серия FX – ПЛК для задач управления среднего уровня сложности с
количеством каналов ввода/вывода до 384. Контроллеры данной серии
отличаются компактной конструкцией, высоким быстродействием, развитыми
средствами коммуникации и широким набором функций для управления
движением. Они оптимальны для использования в качестве систем управления
технологическим оборудованием.
Серия System Q – ПЛК для комплексных задач автоматизации среднего
и высокого уровней сложности с количеством каналов ввода/вывода до 8192.
Высокая вычислительная мощность процессорных модулей в сочетании с
широчайшими коммуникационными возможностями позволяют успешно
внедрять эти контроллеры для АСУ ТП крупных ответственных объектов и
реализовывать сложные алгоритмы управления. Для обеспечения
безаварийной работы непрерывных производств предусмотрено трехуровневое
аппаратное резервирование.
Контроллеры Allen-Bradley от Rockwell Automation.
Rockwell Automation имеет более чем 100-летний опыт решения
вопросов управления производством. Для увеличения производительности,
гибкости и надежности производства Rockwell Automation предлагает
комплексную программу автоматизации Complete Automation. Составными
частями этой программы являются: платформы Logix для управления,
открытая сетевая архитектура NetLinx для связи и технология ViewAnyWare
для
визуализации
технологических
процессов.
Программируемые
16
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
контроллеры серии MicroLogix открывают пользователю широкие
возможности
управления
производством
в
реальном
времени.
Отличительными особенностями контроллеров являются: быстрота, гибкость,
широкие функциональные возможности, легендарная надежность [2].
Рассмотрим три основных семейства контроллеров Allen-Bradley:
MicroLogix 1000 – семейство контроллеров для экономичных решений,
имеет малые размеры (от 120x80x40 мм) и идеально для использования в
приложениях, которые требуют небольшое число точек ввода/вывода (до 32).
Но, используя коммуникационные возможности контроллера, можно
значительно расширять область его применения, строить сети, подключать к
контроллерам пользовательские терминалы и управляющие компьютеры.
Особенность MicroLogix 1000 в том, что все входы и выходы
подключены к внутренней шине контроллера и размещены в едином
конструктиве с процессорным блоком. Это позволяет добиться высокой
скорости ввода/вывода. В данном семействе присутствуют контроллеры как с
цифровым, так и с аналоговым вводом/выводом. Контроллеры с цифровыми
входами/выходами имеют 16 или 32 канала, все аналоговые модели имеют 16
цифровых каналов и 5 аналоговых (4 входа и 1 выход).
Программировать и отлаживать программы контроллера MicroLogix
1000 можно как с PC, так и с помощью ручного программатора MicroLogic
HHP – идеального сервисного инструмента, который можно легко переносить
к месту расположения контроллера. HHP позволяет контролировать работу
контроллера и вести поиск неисправностей, перемещать программы между
контроллерами, сохранять прикладные программы, создавать, вводить и
изменять прикладные программы.
Семейство MicroLogix 1200 по своей производительности стоит между
сериями 1000 и 1500 и сочетает в себе основные преимущества контроллеров
этих серий. MicroLogix 1200 имеет процессорный блок с 24 или 40 каналами
ввода/вывода. Дополнительные каналы ввода/вывода устанавливаются путем
подключения модулей сбора данных: до 6 цифровых или аналоговых модулей
ввода/вывода MicroLogix 1200.
Семейство MicroLogix 1500 – конфигурируемая система MicroLogix, но
полностью поддерживает программы, написанные для MicroLogix 1000. В
серии 1500 расширены коммуникационные возможности (добавлена
поддержка протокола Modbus RTU и обмена с ASCII-устройствами), увеличен
объем памяти (до 12 КСлов) и появилась возможность состыковывать с
дополнительными модулями ввода/вывода.
Контроллеры серии MicroLogix 1500 состоят из базового блока, на
котором расположены пассивная шина и 24 или 28 цифровых входов/выходов,
и процессорного блока. К контроллеру может быть подключено до 8 модулей
цифрового или аналогового ввода/вывода Compact I/O, имеют возможность
монтажа на DIN-рельс.
17
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Промышленные контроллеры ICP-DAS фирмы ICP-CON.
Данные контроллеры относятся к классу SoftPLC и представлены
несколькими линейками, в числе которых I-7188, I-8000, WinCon-8000 и Adam.
Достоинствами данных контроллеров являются невысокая цена аппаратных
средств, использование открытых протоколов, простота программирования,
простота интеграции с системами управления более высокого уровня [1].
Серия I-7188. Контроллеры этой серии представляют собой
функционально законченные устройства, размещенные в компактных
пластиковых корпусах. Модули ввода-вывода могут находиться на
значительном расстоянии от контроллера, подключаясь к нему по интерфейсу
RS-485. По существу I-7188 – это миниатюрные РС-совместимые компьютеры.
В них установлены: процессор АМD188-40 МГц, 128…512 кбайт SRAM,
электронный Flash-диск (аналог жесткого диска) объемом 256…512 кбайт,
часы реального времени, порт Ethernet и последовательные порты.
Модификации I-7188X* позволяют устанавливать в корпус специальные
мезонинные модули с цепями ввода-вывода сигналов. Такое решение
позволяет в ряде случаев обходиться без внешних модулей ввода-вывода.
В настоящее время I-7188 не имеет себе равных среди РС-совместимых
контроллеров по соотношению цена/производительность.
Серия I-8000. Отличительными особенностями контроллеров этой серии
являются: единый конструктивный блок, улучшенные технические
характеристики и более широкий диапазон рабочих температур.
Конструктивно контроллер серии I-8000 выполнен в виде отдельного
блока, содержащего центральный процессор, источник питания, панель
управления, коммуникационные порты и от 4 до 8 слотов расширения.
Модули ввода-вывода устанавливаются непосредственно в корзину
контроллера. Для расширения системы можно использовать специальные
корзины расширения, подключаемые по шине RS-485, или отдельные модули
ввода-вывода серии I-7000.
Серия WinCon-8000 является дальнейшим развитием серии I-8000.
Теперь это даже не контроллер, а полноценный компьютер. Он разработан на
базе процессора Intel Strong ARM 206МГц, имеет встроенный
видеоконтроллер с портом VGA, разъемы USB, PS/2 для манипулятора и
клавиатуры, а также возможность подключения накопителей стандарта
Compact Flash. Все это дает возможность использовать этот контроллер как
полноценный промышленный компьютер. В то же время WinCon сохраняет
аппаратную преемственность и полностью совместим со всеми модулями
ввода-вывода серии I-8000. И наконец, операционная система реального
времени Windows CE.NET позволяет программировать, используя Visual
Basic, Visual C#, Embedded Visual C++, а также современные SCADA-системы.
Серия ADAM-5000 представлена моделями ADAM-5510 и ADAM-5511.
Эти PC-совместимые контроллеры открывают пользователям новые
возможности интеграции систем верхнего и нижнего уровней. Поддержка
18
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
широко распространенной шины MODBUS, возможность программировать
контроллер в среде Trace Mode, поддержка GSM-модема – все эти достоинства
позволяют повысить удобство работы с контроллерами, облегчить процесс
разработки системы и сократить трудозатраты на ее создание.
Список литературы
1. http://www.icpcon.ru
2. http://www.ab.com
3. http://www.mitsubishi-electric.ru
УДК 681.327
И.О. ЯКОВЛЕВ
Уфимская государственная академия экономики и сервиса (г. Уфа)
ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ И УПРАВЛЯЮЩАЯ СИСТЕМА
КОММЕРЧЕСКОГО УЧЕТА КОЛИЧЕСТВА ВЫДАВАЕМЫХ
НЕФТЕПРОДУКТОВ
Компании, добывающие, транспортирующие или потребляющие нефть и
нефтепродукты, стоят перед проблемой учета каждого литра нефти или
нефтепродукта. Этот учет напрямую определяет прибыль компании и
ключевые решения, которые связаны с выбором измерительных приборов
используемых для учета, а также напрямую ставит вопрос о создании
информационно-измерительной и управляющей системы (ИИиУС).
В настоящее время на нефтяных, химических и многих других видах
производствах установлены ИИиУС слежения уровня, давления, температуры
и других физических параметров жидкости, сыпучих веществ и
биокомпонентов и управления исполнительными механизмами клапанов,
задвижек и насосных агрегатов, реализованные на промышленных
контроллерах и обладающие высокой надежностью, оперативностью и
точностью.
Российские производители нефти и нефтепродуктов испытывают
большую потребность в точных, деловых и современных ИИиУС, в частности
системах коммерческого учета выдаваемого нефтепродукта.
Они могут быть использованы на нефтебазах, нефтепарках и складах
нефтепродуктов. Их задачей является повышение достоверности
коммерческого учета, повышение оперативности контроля исправности
системы, уменьшение участия человека за счет автоматизации большинства
процессов, а также значительное расширение функциональных возможностей
за счет возможности подключения датчиков уровня, давления, температуры,
плотности.
19
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Целесообразно создать автоматизированную ИИиУС, в основе которой
будет контроллер, который будет управлять исполнительными механизмами
задвижек. Система будет автоматически вести расчет массы в реальном
времени, тем самым повышая точность и достоверность учета выдаваемого
нефтепродукта.
Технический результат достигается за счет того, что в систему,
содержащую датчики физических величин (уровня, температуры, плотности),
введен контроллер, осуществляющий автоматическое управление процессом
по алгоритму записанной в нем программы с визуализацией на мониторе
автоматизированного рабочего места (АРМ) оператора и блоке местной
индикации, что позволяет повысить эффективность и функциональную
надежность системы автоматизации производства.
Рис. Структурная схема информационно-измерительной и управляющей
системы учета количества выдаваемых нефтепродуктов
При отпуске нефтепродукта из резервуара потребителю контроллер по
заданному алгоритму измеряет его уровень, плотность и температуру (в
нескольких точках) посредством снятия данных с соответственно уровнемера,
плотномера и датчика температуры.
Полученные данные измерений анализируются, осуществляется их
перерасчет на время, необходимое для выдачи определенного количества
нефтепродукта, т.е. на время открытия задвижки, которой автоматически
управляет контроллер.
Блок управления и настроек предназначен для задания массы
нефтепродукта, необходимого для выдачи.
20
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
На компьютере уровня АРМ оператора создаются архивные данные с
возможностью обеспечения беспрепятственного доступа к ним с
возможностью получения данных на бумажном носителе.
УДК 535.241
А.А. МУХАМАДИЕВ
Уфимская государственная академия экономики и сервиса (г. Уфа)
S.V. SOLODOVNIKOVA
Bunker Hill Community College (Boston, Massachusetts, USA)
СИНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ПОДХОД К ИССЛЕДОВАНИЮ
АКУСТООПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Накопленный объем информации и сложность объекта исследования
требуют адекватного методологического аппарата. Весьма перспективным в
научном анализе акустооптических систем представляется использование
одной из современных концепций – синергетики.
Синергетика (от греч. «син» – «совместное» и «эргос» – «действие») –
междисциплинарное направление научных исследований, задачей которого
является изучение природных явлений и процессов на основе принципов
самоорганизации систем (состоящих из подсистем). « ... наука, занимающаяся
изучением процессов самоорганизации и возникновения, поддержания,
устойчивости и распада структур самой различной природы ... » [3].
Синергетика изначально представлялась как междисциплинарный
подход, так как принципы, управляющие процессами самоорганизации, одни и
те же безотносительно природы систем. Основное понятие синергетики –
определение структуры как состояния, возникающего в результате поведения
многоэлементной или многофакторной среды, не демонстрирующей
стремления к усреднению термодинамического типа. В отдельных случаях
образование структур имеет волновой характер и иногда называется
автоволновыми процессами (по аналогии с автоколебаниями). Область
исследований синергетики до сих пор до конца не определена, так как предмет
ее интересов лежит среди различных дисциплин, а основные методы
синергетики взяты из нелинейной неравновесной термодинамики [1].
Существуют несколько школ, в рамках которых развивается
синергетический подход.
Брюссельская школа Ильи Пригожина, в русле которой разрабатывалась
теория диссипативных систем, раскрывались исторические предпосылки и
мировоззренческие основания теории самоорганизации.
Школа Г. Хакена, профессора Института синергетики и теоретической
физики в Штутгарте. Он объединил большую группу ученых вокруг
21
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
шпрингеровской серии книг по синергетике, в рамках которой к настоящему
времени увидели свет более 60 томов.
Математический
аппарат
теории
катастроф
для
описания
синергетических
процессов
разработан
российским
математиком
В.И. Арнольдом и французским математиком Рене Тома.
В рамках школы академика А.А.Самарского, члена-корреспондента
Российской академии наук С.П. Курдюмова разработана теория
самоорганизации на базе математических моделей и вычислительного
эксперимента (включая теорию развития в режиме с обострением). В России
вклад в развитие синергетики внес академик Н.Н.Моисеев – идеи
универсального эволюционизма и коэволюции человека и природ.
Синергетический подход в биофизике развивается в трудах членовкорреспондентов Российской академии наук М.В. Волькенштейна и
Д.С. Чернавского.
Синергетический подход в теоретической истории развивается в работах
Д.С. Чернавского, Г.Г. Малинецкого, Л.И. Бородкина, С.П. Капицы,
С.Ю. Малкова, А.В. Коротаева, П.В. Турчина и др.
В настоящее время синергетический подход в современном познании
имеет следующие основные принципы:
Наука имеет дело с системами разных уровней организации, связь между
ними осуществляется через хаос.
Когда системы объединяются, целое не равно сумме частей.
Общее всех для всех систем: спонтанное образование, изменения на
макроскопическом
уровне,
возникновение
новых
качеств,
этап
самоорганизации. При переходе от неупорядоченного состояния к состоянию
порядка все системы ведут себя одинаково.
Неравновесность в системе является источником появления новой
организации (порядка).
Системы всегда открыты и обмениваются энергией с внешней средой.
Процессы локальной упорядоченности совершаются за счет притока
энергии извне.
В сильно неравновесных условиях системы начинают воспринимать те
факторы, которые они бы не восприняли в более равновесном состоянии.
В неравновесных условиях независимость элементов уступает место
корпоративному поведению.
Вдали от равновесия согласованность поведения элементов возрастает. В
равновесии молекула видит только своих соседей, вдали равновесия – видит
всю систему целиком. Примеры: костная материя – коммуникация
посредством сигналов, работа головного мозга.
В условиях, далеких от равновесия, в системах действуют
бифуркационные механизмы – наличие точек раздвоения продолжения
развития. Варианты развития системы практически не предсказуемы [2].
22
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Синергетический подход требует более четкого структурирования
акустооптических устройств как системы. Под системой понимается
совокупность объектов, взаимодействие которых вызывает появление новых
интегративных качеств, не свойственных отдельным, образующим систему
элементам. В акустооптическом устройстве происходит взаимодействие
световой и звуковой волн, что позволяет наблюдать эффекты Брэгга и РаманаНата. Системный подход при анализе акустооптических систем практически
не применяется, что не позволяет детально описать процессы, происходящие в
них. Акустооптические устройства часто входят в различные системы, являясь
тем самым подсистемами.
Структура акустооптической системы – это способ соотношения и
взаимодействия его элементов в процессе выполнения общей функции,
которая в научном плане не исследована, соответственно, полноценный анализ
внутренней структуры, а также определение его оптимальной структуры
невозможны.
Элементы системы сами могут быть системами, обладающими
способностью к самоорганизации, что имеет весьма важные следствия,
обусловленные таким явлением, как «соразвитие», или «коэволюция».
Элемент системы развивается в условиях коэволюции, если его развитие не
противоречит развитию системы. Этот теоретический тезис представляется
крайне важным для выработки концепции формирования взаимодействия
оптических и звуковых волн.
Акустооптические системы можно рассматривать как сложную
нелинейную самоорганизующуюся систему, которая развивается не путем
перехода от одного состояния равновесия к другому, а путем эволюции.
Общая теория эволюции сложных нелинейных систем определяет возможный
характер эволюции таких систем, как бифуркационный. Под бифуркацией
понимается разветвление траектории движения системы в определенной
точке, т.е. происходит перестройка системы. В точке бифуркации система
переходит в новый канал эволюции. Бифуркационный характер эволюции
означает, что развивающаяся случайным образом система накапливает некие
признаки, количество которых переходит в качество вероятностным путем.
Каждая бифуркация не только меняет эволюционный канал, но и резко
ускоряет все процессы эволюции. Дальнейшая судьба системы в очень малой
степени зависит от характера ее предыдущего развития.
Для лучшего понимания введем объяснение термина «акустооптика».
Акустооптика – пограничная область между физикой и техникой, в которой
изучается взаимодействие электромагнитных волн со звуковыми, и
разрабатываются основы применения этих явлений в технике. Взаимодействие
света со звуком используется в современной оптике, оптоэлектронике,
лазерной технике для управления когерентным световым излучением.
Акустооптические устройства позволяют управлять амплитудой, частотой,
поляризацией, спектральным составом светового сигнала и направлением
23
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
распространения светового луча. Важной областью практического применения
акустооптических эффектов являются системы обработки информации, где
акустооптические устройства используются для обработки СВЧ-сигналов в
реальном масштабе времени [4].
Таким образом, применение синергетического подхода даст
возможность более глубоко исследовать процессы, возникающие при
взаимодействии электромагнитных волн со звуковыми волнами. На
сегодняшний день возникают сложности при управлении акустооптическими
системами в силу не полного их исследования. Исследования, проводимые на
основе синергетики, позволят создавать новые устройства с необходимыми
технико-эксплуатационными характеристиками.
Список литературы
1. Аршинов В.И. Синергетика как феномен постнеклассической науки / В.И.
Аршинов – М.: Наука, 1999. – 241 с.
2. Буданов В.Г. Методология синергетики в постнеклассической науке и в
образовании / В.Г. Буданов – М.: ЛКИ, 2007. – 232 с.
3. Данилов Ю.А. Что такое синергетика? Нелинейные волны.
Самоорганизация / Ю.А. Данилов, Б.Б. Кадомцев – М.: Наука, 1983. – 57 с.
4. http://acoustooptics.phys.msu.ru/
УДК 536.6
Р.М. НИГМАТУЛЛИН
Уфимская государственная академия экономики и сервиса (г. Уфа)
СОВРЕМЕННЫЕ УСТРОЙСТВА
БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ
По принципу действия, который определяется параметром теплового
излучения, используемым для измерения температуры излучающего тела,
устройства бесконтактного измерения температуры (УБИТ) разделяются на
два класса: энергетические и спектрального отношения (см. рис.) [1, 2, 3, 4, 5].
УБИТ, принцип действия которых основан на использовании
зависимости изменения энергетической яркости излучающего тела от
изменения его температуры, относят к классу энергетических. УБИТ этого
класса измеряют условную энергетическую температуру. Энергетические
УБИТ, использующие различные по ширине спектральные интервалы, будут
различаться по своим свойствам, поэтому внутри этого класса приборов
следует
различать
УБИТ
полного
и
частичного
излучения,
монохроматические.
24
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В известной научно-технической литературе описано большое число
видов энергетических УБИТ, но все они могут быть разделены на следующие
три группы.
1. УБИТ полного излучения – это энергетические устройства,
воспринимающие излучение объекта неселективно в столь широком
диапазоне, что зависимость воспринимаемой интегральной энергетической
яркости от температуры объекта для случая черного тела описывается с
достаточной точностью законом Стефана-Больцмана.
УБИТ
По принципу действия
Спектрального
отношения
Монохроматические
Частичного
излучения
Полного
излучения
Энергетические
По конструктивному
исполнению
Стационарные
Переносные
Комбинированные
Рис. Классификация УБИТ
На практике обычно на спектральную область воспринимаемого излучения
накладывает ограничение оптика, поэтому реальные приборы отвечают этому
критерию обычно в ограниченном температурном интервале.
УБИТ полного излучения должны воспринимать неискаженно весь
спектр излучения объекта, следовательно, приемник излучения таких
устройств должен обладать неселективной чувствительностью во всем
спектре. Для этой цели приемную площадку приемника покрывают чернью,
которая наилучшим образом отвечает требованию неселективного поглощения
падающего потока излучения объекта. В современных УБИТ полного
излучения наибольшее распространение получила в качестве приемника
25
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
термобатарея, значительно реже болометры и пироэлектрические приемники.
Широкое применение термобатареи, термоэдс которой практически
пропорциональна (при постоянстве температуры свободных концов) энергии,
нагревающей рабочие спаи, и, следовательно, радиационной температуре
объекта, связано с ее хорошей стабильностью и воспроизводимостью
характеристик.
В качестве приемника может быть использован пироэлектрический
приемник излучения. Главным недостатком данного приемника теплового
излучения является то, что принципиально необходимо, чтобы сигнал был
модулированным, т.е. переменным. Модуляция осуществляется по-разному.
Например, при помощи перемещающейся перед приемником шторки, движение
которой задается электромагнитом, периодически втягивающим соединенный с
ней сердечник, или диска с отверстиями, вращаемого микродвигателем. При
попадании данного приемника в магнитное поле скорость вращения
микродвигателя или частота колебаний шторки изменится. Поскольку
чувствительность пироэлектрического приемника линейно зависит от частоты
модуляции, изменившаяся частота модуляции приводит к появлению
дополнительной неопределенной погрешности измерений.
Главным недостатком является погрешность измерения температуры,
связанная с поглощением атмосферы и влиянием сторонних излучателей.
2. УБИТ частичного излучения воспринимают излучение объекта
измерения в достаточно широком, но ограниченном интервале длин волн [1].
При этом зависимость воспринимаемой устройством энергетической яркости
объекта от его температуры в применении к черному телу не описывается с
достаточным приближением ни законом Стефана-Больцмана, ни законом
Планка. К таким датчикам относятся приборы, в которых используется какойлибо селективный приемник излучения без фильтра, либо неселективный
приемник в сочетании с широкополосным фильтром.
УБИТ частичного излучения широко применяются в промышленности,
где оказывается вполне достаточным температурный контроль по условной
температуре. Рабочий спектральный интервал УБИТ частичного излучения
определяется областью спектральной чувствительности приемника излучения
и свойствами объекта измерения и промежуточной среды. Значительная часть
устройств представляет собой приборы, выполненные по схеме прямого
преобразования. Обычно это фотодиодные устройства, использующие в
качестве приемников излучения Ge и Si-фотодиоды без селективного фильтра
или УБИТ, использующие неселективный приемник излучения в сочетании с
широкополосным фильтром.
Недостатками УБИТ частичного излучения, как и для полного
излучения, является то, что на показания приборов сильно влияет поглощение
промежуточной среды из-за относительно широкого спектрального интервала
и излучение сторонних объектов.
26
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3. Монохроматические УБИТ воспринимают излучение в столь узком
спектральном
интервале,
что
зависимость
воспринимаемой
ими
энергетической яркости от температуры в применении к черному телу
описывается с достаточным приближением законом Планка. Как правило, в
таких датчиках для монохроматизации излучения, воспринимаемого
приемником, используются интерференционные фильтры, монохроматоры или
стеклянные отрезающие светофильтры, которые в сочетании с кривой
спектральной чувствительности приемника обеспечивают узкую полосу
пропускания.
Монохроматические УБИТ [8,9] нашли самое широкое применение в
различных отраслях промышленности. Рабочий спектральный интервал
монохроматического УБИТ определяется областью пропускания селективного
фильтра и чувствительностью приемника излучения.
С помощью селективных фильтров в монохроматических УБИТ можно
выбрать такие спектральные интервалы для измерения температуры, где
поглощение атмосферы минимально, тем самым повысить точность
измерений.
К другому классу систем бесконтактного измерения температуры
относятся УБИТ спектрального отношения (цветовые или двухцветные). Для
оценки спектрального распределения энергии излучения объекта используют
отношение энергетических яркостей излучающего тела в двух спектральных
интервалах (двух длинах волн). Эти устройства измеряют цветовую
температуру или температуру спектрального отношения.
В условиях запыленности, задымленности, т.е. сильным ослаблением
излучения в промежуточной среде УБИТ спектрального отношения производят
измерения температуры объекта практически без потерь точности. Так как
энергия излучения, фиксируемая всеми оптическими каналами, ослабляется
примерно в одинаковое количество раз.
Недостатками УБИТ спектрального отношения является сложная
конструкция приборов из-за необходимости введения дополнительного
приемного канала, возникает сложность в настройке и взаимной юстировке
каналов, увеличиваются габариты и вес, снижается надежность устройства.
Пространственное разделение приемников излучения ведет к дополнительной
температурной погрешности, так как их температура может быть разной.
В зависимости от конструктивного исполнения УБИТ подразделяются на: [10]
- стационарные;
- переносные;
- комбинированные.
Стационарные предназначены для непрерывного контроля и
регулирования температуры объекта измерения. Данные приборы
монтируются вблизи объекта, либо, с целью повышения надежности прибора и
точности измерения температур, применяется волоконный световод (СВ) для
разнесения оптической головки и измерительного блока. СВ выдерживает
27
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
температуру окружающей среды до 300 °С, нечувствителен к
электромагнитным помехам.
Переносные предназначены для оперативного, эпизодического контроля
температуры, они компактны, просты в управлении, имеют малый вес и
автономное питание от аккумуляторов.
Комбинированные сочетают в себе функции стационарных и
переносных УБИТ.
Список литературы
1. А.с. 461315 СССР, М.Кл. G01J5/00. Приемник интенсивных потоков
излучения [Текст] / Л.С. Кременчугский, А.Я. Шульга (СССР). – № 1867326/1810; заявл. 02.01.75; опубл. 25.02.75, Бюл. № 7. – 4 с.
2. А.с. 488996 СССР, М. Кл. G01J5/00. Пирометр для измерения температурного
поля поверхностей движущихся деталей [Текст] / К.Л. Леонтьев, В.Л. Эльштейн,
А.З. Хусид, В.И. Гайгеров (СССР). – № 1965708/18-10; заявл. 22.10.75; опубл.
23.01.76, Бюл. № 39. -5 с.
3. Гордов А.Н. Основы температурных измерений / А.Н. Гордов,
О.М.
Жагулло, А.Г. Иванов. – М.: Энергоатомиздат, 1992. – 303 с.
4. Захаренко В.А. Пирометрический преобразователь в качестве датчика
температуры / В.А. Захаренко, В.А. Никоненко, Д.Г. Лобов // Кузнечноштамповочное производство. Обработка материалов давлением. – 2004. – № 2. –
С. 44-45.
5. Мухин Ю.Д. Радиационные пирометры для дистанционного контроля
температуры Рапан-1 и Рапан-2 / Ю.Д. Мухин, С.П. Подъячев, В.Г. Цукерман,
П.А. Чубаков // Приборы и техника эксперимента. – 1997. – №5. – С. 161-164.
6. Неделько А.Ю. Измерение температуры по тепловому излучению /
А.Ю.
Неделько // Технология машиностроения. - Б.м. – 2006. – № 7. – С. 55-57.
7. Неделько А.Ю. Пирометрические средства измерения температуры [Текст]:
А.Ю. Неделько // Технология машиностроения. - Б.м. – 2006. – № 4. – С. 52-56.
8. Гусев Г.В. Измерение высоких температур в промышленности
бесконтактными термометрами (пирометрами излучения) / Г.В. Гусев,
В.Г.
Харазов // Промышленные АСУ и контроллеры. – 2006. – № 5. – С. 47-51.
9. Копьев В.А. Термометрия по распределению интенсивности в спектре
теплового излучения / В.А. Копьев, И.А. Коссый, А.Н. Магунов,
Н.М.
Тарасова // Приборы и техника эксперимента. – 2006. – № 4. – С. 131-134.
10. Пирометры. Общие технические требования. ГОСТ 28243-96 // Контроль.
Диагностика. – 2005. – № 3. – С. 69-72.
11. Пат. 2196306 Российская Федерация, МПК7 G01J5/08, G01J5/10 Оптический
пирометр / Бундза Б.П., Елизаров А.С.; заявитель и патентообладатель гос. спец.
конструкторско-технологическое бюро физич. приборостр. с опытным произв.
Ин-та НАН Украины; - 2000119033/28; заявл. 19.07.00; опубл. 10.01.03.
12.Пат. 2217715 Российская Федерация, МПК7 G01К11/00, G01J5/20 Устройство
для определения температуры [Текст] / Польщиков Г.В., Бойков В.И.,
28
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Чернопольских А.Д., Шевнина Е.И.; заявитель и патентообладатель ОАО Завод
по приозводству систем программного управления. – № 2002130122/28; заявл.
10.11.02; опубл. 27.11.03
УДК 681.5
М.А. УРАКСЕЕВ, О.А. МИХИНА
Уфимский государственный авиационный технический университет (г. Уфа)
ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА
С ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКИМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ НАПРЯЖЕНИЯ
Во многих отраслях промышленности возрастает необходимость
применения безопасных устройств для измерения физических величин.
Предъявляемые к измерительным приборам требования включают взрыво- и
пожаробезопасность, а также высокую надежность и точность измерений. В
связи с этим актуальными становятся оптические методы измерений, которые
удовлетворяют вышеперечисленным требованиям.
Электрические методы измерения напряжения, ранее используемые в
информационно-измерительных системах, имели неудовлетворительную
точность измерения и относительно невысокую надежность, а также
характеризовались сложностью измерений. Электрооптический метод
измерения напряжения исключает любую возможность взрыво- и
пожароопасной ситуации и является совершенно безопасным вследствие
полной электрической развязки между измеряемой цепью и измерительной.
Из-за этого они могут использоваться для измерения высокого напряжения
порядка киловольт и сильных электрических полей.
Информационно-измерительная
система
с
электрооптическим
преобразователем напряжения включает в себя оптическую измерительную
часть и элементы обработки сигнала с оптического преобразователя (см. рис).
U
1
2
3
4
5
6
7
9
Рис. Структура информационно-измерительной системы
с электрооптическим преобразователем напряжения
29
8
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Свет от источника света 1 проходит через поляризатор 2, попадает на
электрооптический
преобразователь
3,
представляющий
собой
электрооптический кристалл, где коэффициент преломления света меняется в
зависимости от приложенного к элементу напряжения. Далее свет проходит
через анализатор 4. Измененный свет по волноводу поступает на фотоэлемент
5, который преобразует его в электрический сигнал, содержащий информацию
об измеряемом электрическом напряжении. Этот сигнал после усиления с
помощью усилителя 6 попадает на микроконтроллер 7, включающий в себя
аналого-цифровой преобразователь. Информация с микроконтроллера может
быть выведена на жидкокристаллический дисплей 8 или устройство записи 9.
Таким образом, приложенное напряжение не создает помех, оказывающих
влияние на результат измерения, также являясь совершенно безопасным при
измерении.
В качестве источника света целесообразно использовать светодиод или
лазерный диод. Наиболее широкими энергетическими, спектральными и
динамическими характеристиками обладают лазеры, однако, они достаточно
дороги и громоздки и их применение в подобных системах неоправданно.
Светодиоды обладают хорошими динамическими характеристиками, малыми
габаритами и высокой надежностью. Светодиоды хорошо согласуются с
интегральными схемами по питанию и с фотоприемниками по спектральным
характеристикам. Однако при изменении температуры они меняют свои
спектральные и яркостные характеристики [1]. Материал для чувствительного
элемента преобразователя выбирается в зависимости от условий эксплуатации.
Ниобаты и танталаты лития обладают высоким электрооптическим эффектом
при низкой стоимости и простоте изготовления. Но в этих кристаллах
электооптический коэффициент зависит от температуры и резко уменьшается
при ее повышении. Кристаллы ниобата бария – натрия, ниобата бария –
стронция обладают большей устойчивостью к температуре, но выращивание
этих кристаллов с необходимыми характеристиками весьма затруднено [2].
Еще одним несомненным преимуществом электрооптических
преобразователей является их устойчивость к повышенным температурам и
агрессивным средам. При разработке такого датчика можно не учитывать
влияние агрессивных сред на
чувствительный элемент, так как
электрооптические кристаллы обладают большой химической инертностью.
Список литературы
1. Байбородин. Электрооптический эффект в кристаллах и его применение в
приборостроении. / Байбородин. – М.: Машиностроение, 1967.
2. База данных «Кристалл» по веществам с особыми акустооптическими,
электрооптическими и нелинейно-оптическими свойствами / Н.Н. Киселева,
В.В. Подбельский и др.
30
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
УДК 681.5
О.А. МИХИНА
Уфимский государственный авиационный технический университет (г. Уфа)
ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ И ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА
КОНТРОЛЯ НАПРЯЖЕННОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ И
НАПРЯЖЕНИЯ
Электрооптический эффект состоит в том, что некоторые изотропные
тела при введении в постоянное электрическое поле становятся оптически
анизотропными. Они начинают вести себя подобно одноосным
двупреломляющим кристаллам, оптическая ось которых параллельна
приложенному электрическому полю. Электрооптический эффект бывает двух
видов: линейный и квадратичный. При линейном эффекте Поккельса
изменение показателя преломления линейно зависит от внешнего
электрического поля
Δn = qE0,
где коэффициент q зависит от рода вещества и его состояния, а также от длины
световой волны λ. Имеет место только в кристаллах, не обладающих центром
симметрии. Квадратичный эффект Керра отличается тем, что изменения
показателя преломления пропорциональны квадрату поля.
Δn = qE02.
В чистом виде эффект Керра характерен для центросимметричных
веществ.
Электрооптические свойства материалов характеризуются постоянной
Керра
B = Δn/( λE02)
для квадратичного эффекта Керра. Она увеличивается при уменьшении длины
волны и уменьшается с повышением температуры [1].
Материалы, показатели преломления которых сильно меняются под
действием поля, назвали электрооптическими.
Кварц и турмалин были первыми кристаллами, в которых был
обнаружен электрооптический эффект. За последнее время электрооптические
свойства изучены во множестве других кристаллов: в тригональных (K2S2O2,
Cs2C4H4O6), в гексагональных (LiKSO4), в кубических линейных диэлектриках
(NaClO3, сфалерите ZnS, CuCl, GaAs, уротропине С6H12O4) и многих других.
Многие материалы с большим электрооптическим эффектом трудно
получить искусственным путем. В современных системах, в основном,
используются кристаллы KDP (KH2PO4), ADP (NH4H2PO4), LiNbO3, LiTaO3.
Характеристики электрооптических свойств кристаллов показывают, что
по ряду параметров наибольший интерес должны представлять кристаллы
ниобата бария – натрия, ниобата бария – стронция, ниобата и танталата лития.
К сожалению, вырастить первые два из указанных кристаллов достаточно
31
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
крупными и оптически однородными сложно. Кристаллам ниобата и танталата
лития уделяется внимание уже давно, так как они обладают большим
электрооптическим эффектом. Однако электооптический коэффициент в
ниобате и танталате лития зависит от температуры и резко уменьшается при ее
повышении, что требует компенсации этой зависимости путем высокоточной
обработки кристалла [2].
Электрооптические кристаллы широко используются для модуляции
светового потока, определения параметров клеток в суспензии, создании
голограмм, инфракрасных детекторов и электрооптических переключателей,
измерителей предвестников землетрясения. Электрооптические датчики
напряженности электрического поля и напряжения, в том числе высокого
напряжения,
и
электрооптические
трансформаторы
напряжения,
предназначенные для использования при измерении переменных и
импульсных высоких напряжений, в нашей стране активно разрабатывались с
70-х годов. В подобных трансформаторах использовались обычно
электрооптические ячейки с жидким диэлектриком. Для измерения
напряжения позже стали широко использоваться кристаллы, как правило,
LiNbO3 и LiTaO3.
Рассмотрим некоторые зарубежные датчики.
В Японии разработки электрооптических датчиков ведутся особенно
активно с 1980-х годов, и приборы выпускаются промышленностью.
Как правило, в электрооптических датчиках электрического напряжения
и напряженности электрического поля свет от источника света падает на
ячейку Поккельса, где преобразуется и попадает в оптический приемник.
На рис. 1. представлен датчик с волоконно-оптическими кабелями для
измерения напряжения и электрического поля, предложенный в 1996 г.
японской корпорацией Mitsubishi [3].
Вдоль светового луча, проходящего из источника света 1 через
волоконно-оптический кабель 2а и микрообъектив 3а, располагаются
последовательно следующие элементы: поляризатор 4; ячейка Поккельса 5;
четвертьволновая пластина 6, которая преобразует падающие на нее световые
волны с круговой поляризацией в световые волны с линейной поляризацией,
то есть осуществляет оптическое смещение первого рода. Также датчик
содержит анализатор 7, плоскость поляризации которого расположена
перпендикулярно плоскости поляризации поляризатора 4; рефлектор 8;
направляющий световой луч, прошедший через анализатор, в оптический
приемник 9 через микрообъектив 3b и волоконно-оптический кабель 2b.
Элемент 10 эквивалентен стеклу и расположен между рефлектором и
микрообъективом 3b. Анализатор составляет единое целое с поляризатором,
ячейкой Поккельса и четвертьволновой пластиной и приклеен к боковой
поверхности рефлектора, а также к поляризатору и анализатору.
32
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
7 6
5 4
3а
2а
ф
ф
1
9
8
10
3b
ф
2b
ф
ф
Рис. 1. Структурная схема волоконно-оптического датчика напряжения
и электрического поля
U
2
3
L
1
5
4
LS2
16
LS1
11
10
9
7
S2
6
S1
P2
P1
8
7
6
5
4
2
17
3
20
19
1
12
13
14
15
18
M
Рис. 2. Оптическое устройство
для измерения переменного
электрического напряжения с
термокомпенсацией
Рис. 3. Датчик электрического поля
с плоскими электродами
Разработки датчиков ведутся с целью улучшения их характеристик:
повышения чувствительности и достоверности результатов измерения,
уменьшения габаритов и массы устройств.
Недостатком многих существующих датчиков является понижение
чувствительности с увеличением температуры. Компания Siemens в 1997 г.
предложила способ и оптическое устройство для измерения переменного
электрического напряжения или поля с термокомпенсацией (рис. 2) [4].
Измеряемое переменное напряжение подается через поляризатор 2 на ячейку
Поккельса 4 и изменяет поляризацию света L, проходящего через ячейку.
Прошедший через ячейку 3 и анализатор 5 свет L разделяется на два световых
сигнала LS1 и LS2, имеющих различные поляризации. Световые сигналы LS1
и LS2 с помощью преобразователей 6 и 7 преобразуются в электрические
сигналы S1 и S2, соответствующие интенсивности световых сигналов. На
основе одного из сигналов S1 определяется величина f, характеризующая
33
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
зависимость напряжения от температуры. Затем формируется нормированный
сигнал P1, который вместе с величиной f используется для получения сигнала
М, характеризующего изменение интенсивности с компенсацией влияния
изменений температуры.
Известен также датчик электрического поля с плоскими электродами,
который отличается высокой чувствительностью, разработанный в Японии
(рис. 3). В нем используется система электрооптических кристаллов,
обладающих эффектом Поккельса [5]. Датчик отличается тем, что на верхней
и нижней сторонах двух плоских электродов 1, 2, предназначенных для
измерения напряженности электрического поля и разделенных изоляционной
прокладкой 3, параллельно расположены чередующиеся изоляционные
прокладки 4, 6, 8, 10, 12, 14 и плоские электроды 5, 7, 9, 11, 13, 15. На внешней
поверхности верхнего электрода 11 установлен вспомогательный электрод 16.
Провода 19, 20 от электродов 1, 2 проходят к электрооптическому кристаллу
18 через центры прокладок 3, 12, 14 и электродов 1, 13, 15.
Список литературы
1. Гонда С., Сэко Оптоэлектроника в вопросах и ответах: Пер. с япон. /
С. Гонда, Сэко. – Л.: Энергоатомиздат, 1989.
2. Сонин А.С. Электрооптические кристаллы. – М.: Атомиздат, 1971.
3. Пат. PCT 9612195,G01R15/24 // РЖ «Изобретения стран мира». 1997. № 12.
4. Пат. Японии 90208479, G01R29/12 // РЖ «Изобретения стран мира». 1997. № 6.
5. Пат. Японии 6019384, G01R15/07 // РЖ «Изобретения стран мира». 1996. № 7.
УДК 622.276.5-047.44
В.В. ФАЛИН, Д.Н. АРДВАНОВ
Уфимская государственная академия экономики и сервиса (г. Уфа)
АНАЛИЗ РАБОТ В ОБЛАСТИ РЕГУЛИРУЕМЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
ПРИВОДОВ НЕФТЕДОБЫВАЮЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ
Электрический привод был создан в веке пара и прошел большой путь от
первого электропривода катера, созданного в 1838 г. академиком Б.С. Якоби,
до современного автоматизированного электропривода, приводящего в
движение бесчисленное множество рабочих машин и механизмов в
промышленности, на транспорте, в сельском хозяйстве, в бытовой технике и
автоматически управляющего их технологическими процессами. В течение
полувека развивался электропривод постоянного тока, обладающий хорошей
управляемостью, но не высокой надежностью, связанной с наличием
коллектора.
34
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Поворотным моментом в развитии электропривода стал созданный
М.О. Доливо-Добровольским в 1889 г. асинхронный трехфазный
электродвигатель
переменного
тока.
Он
обладал
высокими
эксплуатационными свойствами, простотой конструкции и надежностью. В
настоящее время более 60 % всех используемых в мире электроприводов
созданы на базе асинхронного электродвигателя. Однако он перестал
удовлетворять современным требованиям, предъявляемым к электроприводам
автоматизированных технологических установок, в части управления угловой
скоростью вращения. Попытки решить этот вопрос привели к появлению в
1943 г. частотного управления асинхронным электродвигателем, созданного
московскими учеными под руководством чл.-кор. АН СССР Д.В. Завалишина.
Это направление получило в дальнейшем широкое распространение и, по сути,
в настоящее время является единственным способом управления асинхронным
двигателем.
На сегодняшний день различные методы управления всеми видами
электроприводов базируются на одном принципе – изменении количества
подводимой к двигателю энергии. Для различных типов электродвигателей
этот принцип реализуется по-разному. Электродвигатели постоянного тока
управляются изменением тока в обмотке возбуждения (реостатное
регулирование), изменением напряжения на якоре, коммутацией обмоток
статора (параллельное или последовательное включение секций обмотки
статора). Асинхронные двигатели переменного тока управляются изменением
частоты синусоидального тока (в небольшом диапазоне), частотноимпульсным (ЧИМ) или широтно-импульсным (ШИМ) модулированием
импульсного тока. Попытки управлять асинхронными двигателями путем
изменения тока в обмотке статора показали неэффективность этого способа
из-за снижения коэффициента мощности и КПД двигателя. Переключение пар
полюсов дает лишь ступенчатое изменение скорости вращения в небольшом
диапазоне.
Основным недостатком управления путем изменения количества
подводимой энергии является снижение эффективности использования
двигателя на пониженных скоростях. Электродвигатель как прибор для
преобразования электрической энергии в механическую использует только
часть своих возможностей, загрузка двигателя при таком режиме работы
снижается до 25-40 %, что не лучшим образом влияет на эффективность
использования электроэнергии.
В соответствии с нормативной документацией, «электропривод –
электромеханическая
система,
состоящая
в
общем
случае
из
взаимодействующих преобразователей электроэнергии, электромеханических
и механических преобразователей, управляющих и информационных
устройств и устройств сопряжения с внешними электрическими,
механическими
управляющими
и
информационными
системами,
предназначенными для приведения в движение исполнительных органов
35
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
рабочей машины и управления этим движением в целях осуществления
технологического процесса».
Это определение указывает на то, что привод состоит из трех основных
частей – двигателя, передаточного механизма и системы управления. В
современных автоматизированных приводах вся тяжесть регулирования
скорости вращения ложится на двигатель. Передаточный механизм играет
вспомогательную роль, который может изменять момент привода с
постоянным передаточным числом (редуктор) или ступенчато изменять
скорость вращения выходного вала (коробка передач).
Возникает
противоречие
между
потребностями
современных
технологических систем в управляемом электроприводе, способном изменять
частоту вращения в широком диапазоне при обеспечении полной загрузки на
всех скоростях, и невозможностью удовлетворить эту потребность. Попытки
создать двигатель, обладающий возможностью изменения скорости вращения
при сохранении постоянной мощности, показали ненадежность выбранного
пути, поскольку одновременное изменение частоты тока и величины
напряжения имеет весьма небольшой диапазон, ограниченный физическим
пределом увеличения напряжения из-за изоляционных свойств обмотки
(уменьшая частоту и одновременно увеличивая напряжение, можно достичь
диапазона регулирования, не превышающего 3 ÷ 5, в то время как требуемый
диапазон регулирования должен быть не менее 10000).
Привод двойного вращения. Разрешить указанное противоречие может
привод принципиально нового типа – привод двойного вращения. Задача,
решаемая разработчиками, заключалась в разработке принципа управления
приводом в максимально широком диапазоне скоростей при постоянной
скорости вращения асинхронного электродвигателя. В основу такого привода
положен принцип инвариантности относительной угловой скорости ротора и
статора при изменении скорости выходного вала в широком диапазоне.
Такой двигатель имеет свойства, отличающие его от традиционных
конструкций двигателей (с неподвижным статором):
1. Двигатель обладает свойством алгебраического сложения угловых
скоростей его вращающихся частей - ротора и статора:
ст   р  ном
,
(1.1)
где  ст – угловая скорость статора;  р – угловая скорость ротора;  ном
– номинальная скорость двигателя (относительная скорость ротора и статора).
За положительные направления принимаются направления вращения
ротора и статора в противоположные стороны. Из выражения (1.1) следует,
что равенство сохраняется, если одна из вращающихся частей (ротор или
статор) изменит направление вращения, т.е. обе части двигателя будут
вращаться в одном направлении с угловыми скоростями, отличающимися по
величине на  ном . Это свойство двигателя двойного вращения позволяет
36
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
регулировать скорость выходного вала в очень широких пределах (от 0 до
скоростей, в несколько раз превышающих номинальную). При этом во всем
диапазоне регулирования сохраняется равенство.
2. В свободном состоянии, когда ни ротор, ни статор не соединены с
нагрузкой (силы трения в подшипниках и на контактных кольцах коллектора
не учитываются как незначительные), угловые скорости вращения ротора и
статора определяются их моментами инерции при сохранении равенства (1.1).
3. На конструктивных элементах привода, внешних по отношению к
двигателю двойного вращения, отсутствует реактивный вращающий момент.
Реактивный момент, создаваемый каждой из вращающихся частей (ротор
создает реактивный момент на статоре, а статор - на роторе), используется для
создания необходимого момента на выходном валу при заданных угловых
скоростях.
4. При равенстве маховых моментов ротора и статора, вращающихся в
противоположные стороны, кориолисовы силы, действующие на каждую из
вращающихся частей, взаимно уравновешиваются. Это свойство может
оказать существенное влияние на точность работы гироскопических систем
путем уменьшения области прецессий и тем самым повысить устойчивость
гироскопа.
5. Подбором вида и характеристик системы синхронизации в приводе
двойного вращения может быть обеспечена необходимая нагрузочная
механическая характеристика независимо от типа используемого двигателя.
Это обеспечивается тем, что на двигателе поддерживается номинальное
значение его мощности при всех значениях угловых скоростей выходного
вала.
Указанные свойства приводов двойного вращения позволяют решать
достаточно сложные технические задачи более простыми методами по
сравнению с применяемыми в традиционных приводах, например, обеспечить
широкий диапазон изменения скорости без применения дорогостоящих систем
силового электронного управления, сохраняя при этом неизменный уровень
мощности во всем диапазоне регулирования.
Для управления приводом двойного вращения разработан ряд методов,
позволяющих обеспечить приводу требуемую нагрузочную характеристику.
Эти методы можно объединить в три группы:
1) метод нагружения ротора при соединении статора с нагрузкой
(управление торможением);
2) метод соединения ротора и статора системой синхронизации
(перераспределение угловых скоростей между ротором и статором с общей
нагрузкой);
3) каскад двойного вращения (перераспределение магнитного поля
статора между двумя роторами);
37
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
УДК 682.98
А.Ф. РОМАНЧЕНКО, А.В. ЕГОШИН, В.А. ФЕДОСОВ
Уфимская государственная академия экономики и сервиса (г. Уфа)
К ВОПРОСУ ПОСТРОЕНИЯ УСТРОЙСТВ ДЛЯ БРИТЬЯ С АДАПТАЦИЕЙ
К ХАРАКТЕРУ КОЖНОГО ПОКРОВА
Известные подходы при модернизации бытовой техники связаны с
конструктивно-технологическими мероприятиями по совершенствованию
широко освоенного промышленностью прототипа. Акцент производителями в
конкурентной борьбе за рынки сбыта делается на наличие ноу-хау в
технологиях изготовления оригинальных деталей, так как принципиальные
технические решения тщательно отработаны [1].
Коренного прорыва в поиске принципиально новых подходов при
проектировании бытовой техники индивидуального пользования можно
достичь только в условиях глубокого анализа возможностей биосистемы
человека в формировании технологических процессов, реализуемых при
использовании бытовой техники.
Следует учитывать, что в процессе реализации способа бритья с подачей
электрического потенциала на кожный покров [2, 3] состояние кожного
покрова влияет на эффект воздействия электрического потенциала.
Действительно, увеличение влажности кожного покрова, например, при
потоотделении, приводит к увеличению электрической проводимости кожного
покрова. Это связано с ростом токов «утечки» по поверхности кожного
покрова, и при постоянной величине подводимого электрического потенциала
к поверхности кожного покрова растет выделяющаяся электрическая
мощность в месте контакта неподвижного ножа с поверхностью кожного
покрова. При этом меняется и эффективность воздействия электрического
потенциала на кожный покров при изменении его состояния, так как на
поверхность кожного покрова меняется мощность электрического
воздействия.
Рис. 1. Принципиальная схема стабилизации тока утечки
при изменении состояния кожного покрова
38
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
На рис. 1 представлена принципиальная схема устройства, позволяющая
учесть влияние данного фактора на формирование процесса бритья.
Неподвижный нож 1 приведен в соприкосновение с поверхностью
кожного покрова 2, который содержит волос 3 с корневой системой 4.
Подвижный нож 5 закреплен с возможностью перемещения относительно
неподвижного ножа со скоростью V. Падение напряжения Uн с электрического
сопротивления 6, по которому протекает ток J, подается на вход источника
питания 7.
Один выход источника питания соединен с поверхностью неподвижного
ножа, второй – контактирует непосредственно с поверхностью кожного
покрова вне зоны расположения отверстий неподвижного ножа. Например,
второй выход источника питания может непосредственно контактировать с
кожным покровом руки потребителя, которой удерживается в процессе бритья
устройство, реализующее предложенный способ бритья.
При приведении в соприкосновении неподвижного ножа 1 с кожным
покровом 2 волос 3, обладающий корневой системой 4, попадает в прорезь
неподвижного ножа и срезается перемещающимся со скоростью V ножом 5
(см. рис. 1, вариант «а»).
Однако, если к поверхности неподвижного ножа 1 приложить потенциал
одного знака, а к поверхности кожного покрова вне расположения отверстий
неподвижного ножа приложить потенциал противоположного знака, как
показано на рис. 1 (вариант «б»), то по поверхности кожного покрова будет
протекать ток J. Воздействие электрического заряда на мышечную ткань
кожного покрова приводит к ее сокращению.
При изменении состояния поверхности кожного покрова, например, при
потоотделении, изменяется электрическая проводимость кожного покрова, что
приводит к соответствующему изменению электрического тока J,
протекающего по поверхности кожного покрова, а следовательно, и через
электрическое сопротивление 6 цепи источника питания 7. Изменение падения
напряжения Uн на электрическом сопротивлении 6 подается на вход
источника питания 7, который изменяет значение электрического тока J,
протекающего в электрической цепи, за счет изменения значения разности
электрических потенциалов на выходе источника питания 7. Значение
электрического тока J, протекающего по поверхности кожного покрова,
меняется при изменении электрической проводимости кожного покрова на
величину, сохраняющую неизменным эффект электрического воздействия
подводимого потенциала на мышечную ткань кожного покрова.
39
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 2. Экспериментальный график зависимости качества бритья от
напряжения (характер кожи: 1 – нежная; 2 – нормальная; 3 – грубая)
Данный способ бритья волос был проверен на практике, результаты
экспериментальных результатов представлены на рис. 2.
На рис. 2 показана зависимость качества бритья К от напряжения U
(Вольт), где 1 – это нежная кожа, 2 – нормальная, 3 – грубая кожа. Из графика
видно, что чем грубее кожа, тем более высоким должен быть потенциал,
подаваемый на поверхности кожи. Экспериментально установлено, что для
оптимального сокращения мышц напряжение должно составлять: для грубой
кожи – не менее 11В, нормальной – 8В и нежной кожи – 5В.
Список литературы
1. Лепаев Д.А. Бытовые электроприборы: устройство и ремонт / Д.А. Лепаев. –
М.: Горячая линия – телеком, 2004. – 443 с.
2. Романченко А.Ф. Способ бритья волос. / А.Ф. Романченко,
П.Ю. Романченко. – Патент России № 21866731, Б.И.№ 22, опубл. 10.08.2002,
МКИ В26В 19/42.
3. Романченко А.Ф. Комплексное использование элементов – перспективное
направление повышения потребительских свойств бытовой техники /
А.Ф. Романченко, Р.А. Мурагимов, Э.И. Яруллин. – Инновации и перспективы
сервиса: Сборник научных статей международной научно-технической
конференции. – Уфа: УГИС, 2005. – С. 3-5.
40
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
УДК 621.3
А.А. ГАЗИЗОВ, М.А. ШАБАНОВ, В.И. КАНАРЕЙКИН, А.В. ТАРАСОВ,
В.М. САПЕЛЬНИКОВ
Башкирский государственный университет (г. Уфа)
ЦИФРОУПРАВЛЯЕМЫЙ КАЛИБРАТОР ФАЗЫ НА БАЗЕ
ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ЦИФРОАНАЛОГОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ
Область применения фазовых измерений чрезвычайно широка.
Использование фазовых методов часто позволяет получить высокую точность,
недостижимую другими методами. Одно из важных направлений
совершенствования средств фазовых измерений – создание приборов для
поверки электронных фазометров – калибраторов фазы и эталонов фазового
сдвига.
В настоящей работе для построения калибратора фазы применен метод
сплайн-аппроксимации. Метод сплайновой аппроксимации заключается в
разбиении участка области определения на интервалы, в каждом из которых
функция заменяется многочленом третьей степени. Математически эти
многочлены записываются в следующем виде:
Pi (x) = ai x3 + bi x2 + ci x + di,
(1)
где i – номер интервала, i = 1...n; n – число интервалов.
На рисунке 1 представлена структурная схема широкополосного
цифроуправляемого калибратора фазы. Основу этой схемы составляют две
цепочки
каскадно
включенных
умножающих
цифроаналоговых
преобразователей (ЦАП) ЦАП1–ЦАП3 и ЦАП4–ЦАП6. Их свойство
перемножения аналогового напряжения и цифрового кода используется для
получения степенной зависимости напряжения от кода [1, 2].
Формирование выходного сигнала происходит в соответствии с
выражением:



U вых  C( x )U вх  jS( x )U вх  cos( x )U в х  j sin( x )U в х  U в хe 2 , (2)
2
2
2
3
где С(х) = ai + bi x + ci x + di x  cos(x/2),
( 3)
2
3
S(x) = ei + fi x + gi x + hi x  sin(x/2)
(4)
– кубические сплайны, аппроксимирующие функции cos(x/2) и sin(x/2).
Здесь х – относительное значение цифрового кода N/Nmax, подаваемого на
входы всех ЦАП, и изменяющееся в интервале [0,1]; Nmax – максимальное
значение цифрового кода N. Таким образом, изменение величины х в
интервале позволяет регулировать угол фазового сдвига в диапазоне от 0 до
/2.
На аналоговые входы цифроаналоговых преобразователей ЦАП1 и
ЦАП4 поступают гармонические сигналы Uвх и jUвх с одинаковыми
амплитудой и частотой, но сдвинутые друг относительно друга на 90.
j x
41
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Каждый из каскадно соединенных ЦАП умножает сигнал, поступающий
на его аналоговый вход, на величину «х» и изменяет его полярность.
Выходные напряжения ЦАП1-ЦАП3 моделируют слагаемые полиномов (3),
выходные напряжения ЦАП4-ЦАП6 – полиномов (4). Напряжения с входа
калибратора Uвх и jUвх участвуют в формировании постоянных составляющих
воспроизводимых полиномов.
КП1
RC0
RC1
RC2
U вх
ЦАП1
ЦАП2
RC3
N
jUвх
ЦАП4
RN1
ЦАП3
ЦАП5
ЦАП6
RS3
RN3
RN2
A1
A2
U вых
RS2
RS1
RS0
КП2
Рис. 1. Структурная схема калибратора фазы
Напряжения суммируются на операционных усилителях А1 и А2 с
соответствующими коэффициентами, определяемыми из равенств (3) и (4).
Отношения сопротивлений RN3/RSk и RN3/RСk задают значения модулей этих
коэффициентов. Полярности суммируемых напряжений определяют их знаки.
Суммирование происходит в два этапа. На операционном усилителе А1
суммируются напряжения, требующие изменения полярности. Затем на
операционном усилителе А2 происходит формирование выходного
гармонического сигнала, который сдвинут по фазе относительно входного
сигнала Uвх на угол x/2.
Существует несколько способов изменения диапазона регулирования
угла фазового сдвига. Если напряжение с выхода ЦАП3 и опорное напряжение
подать через соответствующие резисторы на вход операционного усилителя
А2, а выходные напряжения ЦАП1 и ЦАП2 – на вход операционного
усилителя А1, то многочлен C(x) изменит свой знак на противоположный. В
этом случае угол фазового сдвига на выходе калибратора фазы будет
определяться равенством:

j(   x )


2 ,
U вых  C( x )U вх  jS( x )U вх   cos( x )U вх  j sin( x )U вх  U вх e
2
2
а диапазон изменения угла фазового сдвига составит [/2, ]. Изменяя знак
многочлена S(x) отдельно и совместно с многочленом C(x), можно
42
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
осуществить регулирование угла фазового сдвига в диапазонах [, 3/2] и
[3/2, 2].
Изменение полярности входных напряжений Uвх и jUвх приводит к
аналогичным результатам.
Необходимо следить за тем, чтобы напряжения UA1 и UA2 на выходах
операционных усилителей не выходили за пределы допустимых значений.
Методическая погрешность воспроизведения угла фазового сдвига и
нестабильность выходного напряжения обусловлены использованием
приближенных равенств (3), (4). Уменьшить погрешность можно путем
оптимального подбора коэффициентов сплайнов С(х) и S(x). Методическая
погрешность воспроизведения фазового сдвига и нестабильность амплитуды
выходного напряжения калибратора фазы определяются следующими
соотношениями [2]:
  x– arctg
S( x )
,
C( x )
U в х  U в ых
 1 C 2( x )  S 2( x ) .
U вх
Распределение погрешностей по интервалу регулирования фазового
сдвига для случая n = 4 показано на рисунках 2 и 3.
U в ых 
Рис. 2. Методическая погрешность воспроизведения тригонометрических
зависимостей sin(x), cos(x) и нестабильность выходного напряжения Uвых при
регулировании фазового сдвига в интервале [0; /2] при n = 4
43
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 3. Методическая погрешность воспроизведения угла
фазового сдвига при n = 4
В таблице 1 приведены максимальные значения погрешностей для
метода сплайновой аппроксимации в сравнении с методами разложения
функциональных зависимостей в ряды Тейлора, Чебышева и методом
степенной интерполяции. Здесь n – количество отрезков, на которые
разбивается интервал, в случае сплайновой аппроксимации и степень
полиномов в случае других методов.
Таблица 1
Максимальные значения методических погрешностей
для различных методов
Метод Тейлора
n
2
3
4
5
6
,
град

0,5
0,1
0,01
0,002
Метод Чебышева
Uвых,%
, град
Uвых,%

1
0,6
0,06
0,002

0,07
0,009
0,0006
0,0006

0,2
0,01
0,001
0,0003
Интерполяция
, град Uвых,%

0,06
0,009
0,0006
0,0006

0,2
0,01
0,001
0,0002
Метод сплайнаппроксимации
,
Uвых,%
град
0,16
0,11
0,02
0,02
0,005
0,007
0,0015
0,003
0,0006
0,0012
Анализ табличных данных показывает, что метод сплайновой
аппроксимации дает значительное снижение погрешностей по сравнению с
другими методами, особенно при небольшом числе n. Ключевой особенностью
рассмотренного метода является тот факт, что число линейных ЦАП,
включенных в схему, остается постоянным независимо от числа отрезков
аппроксимации. Увеличение числа n требует лишь большего количества строк
в таблицах кодопреобразователей КП, на которые подаются старшие биты
входного кода. Это обстоятельство позволяет значительно повысить точность
калибратора фазы, сохраняя степень его сложности и, следовательно,
стоимости.
44
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Список литературы
1. Сапельников В.М. Проблемы воспроизведения смещаемых во времени
электрических
сигналов
и
их
метрологическое
обеспечение
/
В.М Сапельников, С.А. Кравченко, М.К. Чмых. – Уфа: Башкирск. гос. ун-т,
2000. – 196 с.
2. Сапельников В.М. Цифро-аналоговые преобразователи в калибраторах
фазы / В.М Сапельников. – Уфа: Башкирск. гос. ун-т, 1997. – 152 с.
3. Сапельников В.М. Цифроаналоговые преобразователи для воспроизведения
тригонометрических функций / В.М. Сапельников, Р.А. Хакимов,
Г.Ю. Коловертнов // Измерительная техника. – 2001. – № 3. – С. 17-20.
УДК 622.276.5-047.44
В.В. ФАЛИН, Е.Г РОДИОНОВ, Н.Б. ИГОШЕВА
Уфимская государственная академия экономики и сервиса (г. Уфа)
ПРИМЕНЕНИЕ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ
ПРИ НЕФТЕИЗВЛЕЧЕНИИ
Разнообразие методов и технических средств добычи нефти приводит к
необходимости сравнения их эффективности при равных условиях
эксплуатации, исключая те случаи, когда использование того или иного
способа нефти извлечения диктуется невозможностью применения иных
методов и средств. Наиболее приемлемым методом оценки эффективности
различных
методов
нефтедобычи
является
сравнение
величины
дисконтированного дохода при различных способах повышения нефтеотдачи
скважин. Такой метод является наглядным показателем энергосбережения,
когда этот показатель приведен к затратам на одну тонну добытой нефти. Это
позволяет оценить степень эффективности энергозатрат путем сравнения их с
такими же показателями при подъеме скважинной жидкости с различной
степенью обводненности. Изменение затрат энергии при различных методах
повышения добычи нефти приведено в табл.
Анализируя данные, приведенные в табл., можно сделать вывод о том,
что главным фактором, существенно повышающим энергозатраты, является
обводненность скважинной жидкости, влияющая на реальный дебит, а также
сопротивление прохождению скважинной жидкости в продуктивном пласте.
Учитывая, что экономически выгодной считается добыча нефти при
увеличении обводненности до 99 %, удельные затраты энергии многократно
возрастают, а вместе с ними снижаются доходы.
45
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица
Результаты внедрения энергосберегающих технологий
№
п/п
1
2
3
Способы повышения нефтеотдачи
Продуктивная скважина
Система ППД
Призабойная
Применение
Призабойная
Применение
обработка для регулируемых обработка для
регулируемых
повышения
насосных
повышения
нагнетательных
дебита
установок
приемистости
насосов
Хим.
Хим.
обработка
обработка
Регулируемые
Управляемые
Гидроудар
Гидроразрыв
ЭЦН
КНС
Управляемая
Регулируемые
Управляемая
Управляемые
депрессия
СШН
депрессия
ДНС
Повышение
дисконт.
дохода
%
0,5-2
1-3
6-9
Для снижения затрат на энергоснабжение нефтедобывающего
оборудования необходимо исключить из состава скважинной жидкости воду,
уменьшив ее содержание до 1-2 %. Для осуществления такого режима
нефтедобычи
необходимо
производительность
насосной
установки
согласовать с реальным дебитом скважины. Это, в свою очередь, требует
применения регулируемого по скорости электропривода, способного
бесступенчато изменять режим работы насоса и уменьшать тем самым
энергопотребление. При исключении воды из скважинной жидкости
дисконтированный доход возрастает на 8-10 пунктов для каждого способа
нефтеизвлечения.
Для решения этой задачи разработан привод, в котором для управления
режимами работы насоса используется регулирование механической
проводимости кинематической цепи, основанной на установлении угла
зацепления зубчатой пары, равной углу трения. Это дает возможность
расширить диапазон регулирования скорости вращения привода при
минимальной мощности воздействия на передачу, т.е. осуществить принцип
«механического усилителя».
В последние годы во всех отраслях промышленности большое внимание
уделяется внедрению энергосберегающих технологий, так как рациональное
использование электроэнергии и ее сохранение непосредственно связаны с
повышением эффективности производства. Можно выделить следующие
общие тенденции, имеющие устойчивый характер:
1. Постоянно расширяющееся применение регулируемых электроприводов
в промышленном оборудовании, транспорте, авиакосмической технике,
медицине, бытовой технике с целью достижения новых качественных
результатов в технологии.
2. Замена
нерегулируемых
электроприводов
регулируемыми
в
энергоемком оборудовании, таком как насосы, компрессоры, вентиляторы и
др., с целью энергосбережения.
46
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
С начала 80-х годов прошлого века наблюдается тенденция роста
применения регулируемых электроприводов переменного тока (10-20 % в год).
Экономия энергии при установке регулируемого электропривода взамен
нерегулируемого составляет: для насосов – 25 %, для компрессоров – 40-50 %,
для воздуходувок и вентиляторов – 30 %, для центрифуг – 50 %. При замене в
таких механизмах нерегулируемых электроприводов регулируемыми
капиталовложения окупаются за 6 ÷ 24 месяца.
Современная приводная техника ориентирована преимущественно на
применение одного принципа управления угловой скоростью вращения
асинхронного электродвигателя – частотное регулирование в различных
модификациях:
 частотно-регулируемый асинхронный электропривод на основе
тиристорного преобразователя частоты на запираемых тиристорах с
автономным инвертором напряжения (или тока);
 частотно-регулируемый асинхронный электропривод на основе
тиристорных преобразователей частот с естественной коммутацией;
 вентильный синхронный привод с электромагнитным возбуждением;
 синхронные и асинхронные электроприводы на базе непосредственного
преобразования частоты (НПЧ).
Достаточно сложной проблемой в рамках разработки и производства
современных управляемых электроприводов является выпуск продукции в
соответствии с нормами стандартов ISO 9000, особенно в области элементной
базы (силовая электроника), например, запираемых тиристоров на напряжение
выше 2500 В и ток более 1200 А, силовых МОП-приборов. Следует отметить
невысокую конкурентоспособность на мировом рынке серийно производимых
в нашей стране регулируемых электроприводов и их компонентов. Стоимость
отечественных приводов приближается к мировому уровню, а их
потребительские свойства уступают зарубежным аналогам. Основные
причины такого положения связаны с тем, что новые разработки в этой
области определяются в основном опытом зарубежных фирм, уже
использующих те или иные апробированные технические решения и
технологии. Это определяет изначально заложенный элемент отставания
создаваемых отечественных образцов от их зарубежных аналогов.
Список литературы
1. Адонин А.Н. Добыча нефти штанговыми насосами / А.Н. Адонин. – М.:
Недра, 1979. – 386 c.
2. Вещев О.Н. Телемеханические комплексы для нефтяной промышленности /
О.Н. Вещев. – Уфа: УНИ, 1988. – 98 с.
3. Ильясов Б.Г. Автоматизированный привод штанговых глубинных насосов
маятникового типа / Б.Г. Ильясов, Е.С. Шаньгин // Мехатроника,
автоматизация, управление. – 2003. – № 1. – С. 18-24.
47
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4. Фалин Л.Н. Биротативный электропривод / Л.Н. Фалин, Е.С. Шаньгин //
Электротехника. – 1997. – № 9. – С. 9-13.
5. Фалин Л.Н., Шаньгин Е.С. Привод глубинного насоса / Патент RU №
2163311. МПК F 04 B 47/02.Заявл. 15.07.99. Опубл. 20.02.01.Бюлл. № 5.
6. Шаньгин Е.С. Способ добычи нефти и устройство для его осуществления /
Патент RU № 2184838, кл. 7Е2143/00, БИ № 19. 2002.
УДК 681.586.59(048.8)
М.А. УРАКСЕЕВ, Н.А. АВДОНИНА
Уфимская государственная академия экономики и сервиса (г. Уфа)
Кумертауский филиал Уфимского государственного авиационного
технического университета (г. Кумертау)
ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ
С ОПТИЧЕСКИМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА
И МАГНИТНОГО ПОЛЯ
Ниже
приведены
инновационные
разработки
современных
информационно-измерительных систем с оптическими преобразователями
электрического тока и магнитного поля, предназначенные для трансфера
технологий и полученные в ходе проведения работ по двум международным
проектам по программе Европейского союза «ТЕМПУС-ТАСИС»:
-UM JEP-27083-2006 Network of centers for training of innovative project
management (NCTIPM) (2007 г.);
-UM JEP-26108-2005 Network for universities and enterprises cooperation
(NEUC) (2006 г.)
Известно [1], что информационно-измерительные системы (ИИС) – это
совокупность функционально объединенных измерительных, вычислительных
и других вспомогательных технических средств получения измерительной
информации, ее преобразования, обработки в целях предоставления
потребителю (в том числе ввода в автоматизированные системы управления
технологическими процессами (АСУ ТП)) в требуемом виде либо в целях
автоматического осуществления логических функций измерения, контроля,
диагностики, идентификации и др.
Учитывая, что в настоящее время достигнуты большие достижения в
области электроники и микроэлектроники, оптоэлектроники, вычислительной
и микропроцессорной техники, позволившие создать микросхемы и
микроэлементную базу, устройства отображения информации и ее
запоминания, то, по сути, любое измерительное устройство представляет
собой ИИС измерения требуемой физической величины.
Волоконно-оптическое устройство для измерения магнитного поля и
электрического тока [2], структурная схема которого приведена на рис.1,
48
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
содержит в качестве источника оптического излучения 1 лазер или лазерный
диод. Последовательно с ним соединены поляризатор 2, оптическое волокно,
свернутое в катушку 3, обладающую линейным двойным лучепреломлением и
круговым двойным лучепреломлением. Внутри катушки 3 проходит
проводник 4 с измеряемым током I. Анализатор 5 оптически соединен
посредством оптического волокна 6 с фотоприемником оптического излучения
7 в виде фотодиода.
Рис. 1
Последовательно с фотодиодом 7 соединены усилитель 8, аналоговоцифровой
преобразователь
9,
запоминающий
регистр
10
и
жидкокристаллический индикатор 11.
В волоконно-оптическом датчике магнитного поля и электрического
тока предусмотрены узлы связи (аналоговый и цифровой) с внешними
устройствами в виде аналогового 12 и цифрового 13 выходов.
При прохождении света, излучаемого лазером или лазерным диодом 1,
через поляризатор 2 он становится плоскополяризованным.
При прохождении электрического тока I по проводнику 4 вокруг него
создается магнитное поле, напряженность которого по закону полного тока
определяется как
H = I/2πR,
(1)
где R – расстояние от проводника с током до рассматриваемой точки.
В случае же измерения магнитного поля последнее непосредственно
воздействует на чувствительный элемент в виде катушки 3 из оптического
волокна.
49
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Катушка из оптического волокна служит магнитооптическим элементом
Фарадея [3]. При воздействии на нее магнитного поля происходит поворот
плоскости поляризации плоскополяризованного луча света на угол
фарадеевского вращения
φ = VN0I,
(2)
где I – электрический ток; N0 – число витков катушки из оптического волокна;
V – постоянная Верде.
При
непосредственном
воздействии
магнитного
поля
угол
фарадеевского вращения находится по формуле:
φ = VHL,
(3)
где L – длина пути света в катушке из оптического волокна.
В
анализаторе
5
угол
поворота
плоскости
поляризации
плоскополяризорванного луча φ преобразуется в изменение мощности
оптического сигнала [3]
P = 0.5P0(1+Sin φ),
(4)
где Р0 – мощность света при отсутствии магнитного поля.
Оптический сигнал (4) с выхода анализатора поступает по оптическому
волокну в фотодиод 7, а далее в виде электрического сигнала в усилитель 8,
усиленный аналоговый сигнал в аналого-цифровом преобразователе 9
преобразуется в цифровой код, который может храниться в запоминающем
регистре 10 и представляется на жидкокристаллическом индикаторе 11
результатом измерения величины электрического тока или напряженности
магнитного поля.
Достоинствами
рассмотренной
ИИС
являются
широкие
функциональные возможности и высокая точность измерений.
На рис. 2 показана структурная схема волоконно-оптического
информационно-измерительного устройства, действие которого основано на
электрооптическом эффекте Поккельса [4].
3
1
4
5
2
Цифровой выход
6
7
8
9
11
Рис. 2
50
10
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Устройство содержит источник излучения 1, первую оптическую
систему с микрообъективом 2, электрооптическую ячейку Поккельса 3,
вторую оптическую систему с линзами 4, фотоприемник 5, усилитель 6,
аналогово-цифровой преобразователь 7, регистр памяти 8 и контроллер 9,
выходы которого связаны с жидкокристалическим индикатором 10,
печатающим устройством 11, аналогово-цифровым преобразователем 7 и
регистром памяти 8. Генерируемый излучателем 1 свет с двумя различными
длинами волн λ1и λ2 по волоконному световоду достигает первой оптической
системы с микрообъективом 2. Микрообъектив формирует параллельный
пучок, падающий на интерференционный светофильтр системы. Излучение с
длиной волны λ1 поступает на первое измерительное плечо, а излучение с
длиной волны λ2 поступает на второе измерительное плечо, идентичное
первому. Затем оба пучка проходят через электрооптическую ячейку
Поккельса 3. Так как оси соседних доменов направлены навстречу одна
другой, то измерения показателя преломления в соседних доменах имеют
разные знаки. В результате модулирующий элемент представляет для
проходящего через него света дифракционную решетку с периодом, равным
периоду доменной структуры, и амплитудой измерения показателя
преломления соседних доменов 2∆n. Диафрагма пропускает только ту часть
излучения, которая попадает в первый дифракционный максимум. Линза
формирует световой поток, возвращаемый призмой через градиентную
стержневую линзу, формирующую параллельный пучок на модулирующий
элемент, где происходит повторная дифракция, первый максимум которой
пропускается диафрагмой и вводится градиентной стержневой линзой в
объединитель, который объединяет световые потоки с длинами волн λ 1 и λ 2,
прошедшие по двум идентичным плечам измерителя, и вводит их в
фотоприемник 5. Сигналы с фотоприемника поступают последовательно на
усилитель 6, аналогово-цифровой преобразователь 7, запоминающее
устройство 8 и микроконтроллер 9, управляющий запоминающим устройством
8, жидкокристаллическим индикатором10 и печатающим устройством 11.
Таким образом, последовательное соединение усилителя, аналогоцифрового преобразователя, регистра памяти и контроллера позволяет
повысить точность устройства, а жидкокристаллический индикатор и
печатающее устройство позволяют расширить функциональные возможности
устройства и производить измерение электрического напряжения, подаваемого
на ячейку Поккельса, или напряженности электрического поля.
Более простой по своей структуре является устройство для измерения
электрического напряжения и напряженности электрического поля,
показанное на рис. 3.
51
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
8
U
Е
1
2
3
4
5
6
7
9
Рис. 3
Устройство содержит источник излучения 1 и фотоприемник, оптически
связанные с электрооптической ячейкой Поккельса 3, поляризатором 2 и
анализатором 4, отличающееся тем, что в качестве источника излучения
использован лазерный диод, а на выходе анализатора последовательно
размещены фотодиод 5, усилитель ток-напряжение 6, микроконтроллер 7,
содержащий
порты
ввода-вывода,
память,
аналогово-цифровой
преобразователь, устройство записи 8 и жидкокристаллический индикатор 9.
Оптический луч от источника света 1 поступает на поляризатор 2, на
выходе которого будем иметь плоскополяризованный луч. Далее этот свет
проходит через электрооптическую ячейку Поккельса 3, к электродам которой
приложено измеряемое напряжение U. С выхода ячейки Поккельса свет падает
на анализатор 4 и далее на фотодиод 5, где он преобразуется в электрический
сигнал в виде тока. Сигнал усиливается усилителем 6 и подается на вход
микроконтроллера (PIC-контроллер) 7, содержащего порты ввода-вывода,
память, аналого-цифровой преобразователь. Информация об измеряемых
величинах может быть сохранена в устройстве записи 8 и отображена на
жидкокристаллическом индикаторе 9. Устройство выполнено полностью из
диэлектрических материалов, имеет малые массогабаритные характеристики,
допускает интегральное исполнение.
Таким образом, использование в качестве источника света лазерного
диода, а в качестве фотоприемника – фотодиода, который электрически
соединен с последовательной цепочкой, содержащей усилитель токнапряжение, микроконтроллер (PIC-контроллер), устройство записи и
жидкокристаллический индикатор, позволяет повысить точность измерения и
расширить функциональные возможности устройства.
Список литературы
1. Ранеев Г.Г. Информационно-измерительная техника и электроника /
Г.Г. Ранеев. – 2006. – 512 с.
2. Ураксеев М.А., Буштелев И.С., Баширов М.Г. Волоконно-оптический
датчик магнитного поля и электрического тока // Патент РФ на полезную
модель № 53021. – 2006. – Бюллетень № 12.
3. Окоси Т. Волоконно-оптические датчики / Т. Окоси. – 1990. – 257 с.
52
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4 Ураксеев М. А., Михина О. А., Хамета Д. Г. Волоконно-оптическое
информационно-измерительное устройство// Патент РФ на полезную модель
№ 67723. – 2007. – Бюллетень № 30.
УДК 621.564
В.А. ФЕДОСОВ1, О.Э. БАСКУНОВ1, А.В. ФЕДОСОВ2
1
Уфимская государственная академия экономики и сервиса (г. Уфа)
2
Уфимский государственный нефтяной технический университет (г. Уфа)
ПРИМЕНЕНИЕ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
ДЛЯ РЕГЕНЕРАЦИИ ЦЕОЛИТА
Синтетические цеолиты, силикагели – молекулярные сита –
предназначены для поглощения воды, из хладагентов масел с целью
предотвращения перемерзания капиллярных трубок в компрессионных
холодильных установках бытового и промышленного назначения. Также
цеолиты и силикагели используются в системах осушки технического воздуха,
воздуха производственных и бытовых помещений. Синтетическими
цеолитами, силикагелями заполняют различные конструкции осушительных
патронов, фильтров-осушителей и осушительных колонн. Вследствие их
высокой водопоглотительной способности они нашли широкое применение.
Различают четыре структурные группы цеолитов, каждая из которых
отличается определенными размерами пор, что расширяет их область
применения. Для поглощения воды в системе герметичных агрегатов
применяют цеолит группы NaA, размер которого составляет 4Å (1 Å
(ангстрем) = 1/10000 микрона). Поглащая воду (предельный размер молекулы
воды 3,2 Å), этот цеолит будет отсекать хладон и смазочное масло.
Существенным преимуществом цеолитов перед другими адсорбентами,
помимо высокой водопоглотительной способности, является также
относительно высокая температура (550-600 0С), при которой цеолит «отдает»
воду. Такая температура десорбции практически обеспечивает сохранение в
цеолите воды, поглощенной из технического воздуха, хладона и масел при
всех условиях эксплуатации холодильника и систем осушки воздуха.
Применение
цеолитового
осушительного
патрона
повышает
эксплуатационную надежность агрегата и значительно облегчает ремонт
герметичной системы.
Многократное использование цеолита возможно после регенерации –
восстановления его поглотительной способности.
Регенерация включает промывку цеолита органическим растворителем,
просеивание, удаление из цеолита избыточной влаги, осуществляемое путем
термической обработки и уноса выделяющихся водяных паров сухим
воздухом с точкой росы не выше – 40 0С.
53
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Для повышения качества восстановления поглотительной способности
цеолита и силикагеля разработана конструкция вакуумной установки, которая
позволяет регенерировать цеолит и силикагель, не разбирая корпуса
осушительных патронов. Это имеет важное значение для неразъемных
конструкций фильтров-осушителей.
Вакуумная установка конструктивно проста, ее можно изготовить на
любом предприятии, занимающимся ремонтом холодильных машин. Для этого
понадобятся вакуумная установка ПУВЗ-1, холодильный агрегат бытового
холодильника, система подачи сухого воздуха, вакуумный сушильный шкаф,
барометр и соединительные вакуумные трубопроводы.
Процесс регенерации осуществляется на установке, принципиальная
схема которой приведена на рис. 1.
Рис. 1. Принципиальная схема установки:
1 – сушильный шкаф; 2 – вакуумный насос; 3 – ловушка; 4 – змеевик
испарителя; 5 – холодильный агрегат; 6 – терморегулирующий вентиль;
7 – вакуумный трубопровод; 8 – вентиль
Подлежащие регенерации осушительные патроны на специальном
поддоне загружают в вакуумный сушильный шкаф 1, куда подается сухой
воздух. Водяные пары отсасываются вакуумным насосом 2 через ловушку 3. В
ловушке пары конденсируются в виде снеговой шубы на змеевике-испарителе
4 холодильного агрегата 5. Температура конденсации регулируется
терморегулирующим вентилем 6. Снеговая шуба удаляется горячими парами
хладона. Влага стекает по вакуумному шлангу 7 (при открытом вакуумном
вентиле 8) в канализацию.
Техническая характеристика установки:
Мощность, кВт – 2,5;
Напряжение, В – 220;
Частота тока, Гц – 50;
Количество циолита регенерируемого за 1 загрузку, (кг) – 5;
54
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Температура процесса регенерации, С – 350;
Продолжительность процесса регенерации, ч – 2.
Вакуумная установка позволяет снизить трудозатраты и увеличить
количество циолита, регенерируемого за одну загрузку, который используется
для повторного применения.
Список литературы
1. Богданов С.Н. Холодильная техника. Свойства веществ: Справочник /
С.Н. Богданов, О.П. Иванов, А.В. Куприянова. – изд. 3-е, перераб. и доп. – М.:
Агропромиздат, 1985. – 208 с.
УДК 681.586.59(048.8)
М.А. УРАКСЕЕВ, Н.А. АВДОНИНА
Уфимская государственная академия экономики и сервиса (г. Уфа)
Кумертауский филиал Уфимского государственного авиационного
технического университета (г. Кумертау)
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ
СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И МАГНИТНЫХ ВЕЛИЧИН
Рассмотрим последние разработки, выполненные авторами и
защищенные патентами Российской Федерации как объекты интеллектуальной
собственности, предназначенные для трансфера технологий в рамках
международного проекта по программе «ТЕМПУС– ТАСИС», выполняемого
консорциумом университетов: от Европейского союза – университеты КНК
(г. Гел, Бельгия) и Савония (г. Куопио, Финляндия), от Российской Федерации
–
Астраханский
государственный
университет,
Волгоградский
государственный университет, Дагестанский государственный университет
(г. Махачкала) и Уфимская государственная академия экономики и сервиса.
Нами разработаны в рамках проекта интеллектуальные информационноизмерительные системы контроля электрических и магнитных величин –
электрического тока и магнитного поля, обеспечивающие измерение
контролируемых величин, коррекцию погрешностей, запоминание, хранение,
запись, отображение и передачу информации, получение из памяти в любой
момент требуемых данных.
На рис. 1 приведена структурная схема информационно-измерительного
устройства контроля магнитного поля и электрического тока [1].
55
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1
2
5
6
3
4
8
7
9
Рис. 1
Устройство содержит источник оптического излучения 1 в виде лазера
или лазерного диода, волоконный световод 2, поляризатор 3,
магнитооптическую ячейку Фарадея 4, анализатор 5 и фотоприемное
устройство 6.
Отличительным признаком данной структурной схемы является то, что
последовательно с фотоприемным устройством 6 соединен PICмикроконтроллер 7, содержащий порты ввода-вывода, вычислительный блок
(микропроцессор), усилитель, аналого-цифровой преобразователь. В состав
PIC-микроконтроллера могут входить и другие блоки, например, коммутатор,
который может осуществлять коммутацию цепей, если имеем многоканальное
информационно-измерительное устройство с N входными преобразователями
физических величин. К выходу PIC-микроконтроллера подключены
устройство отображения информации 8 в виде жидкокристаллического
индикатора и устройство для записи информации 9.
Волоконно-оптический датчик магнитного поля и электрического тока,
приведенный на рис. 2 [2], обладает высокой точностью измерений и
расширенными функциональными возможностями.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Рис. 2
Это достигается тем, что в нем имеется источник оптического излучения
1 в виде лазера или лазерного диода, последовательно соединенный с
поляризатором 3 посредством волоконного световода 2, магнитооптическая
ячейка Фарадея 4, анализатор 5 и фотоприемное устройство 6 в виде
фотодиода. Новым является последовательное соединение с фотодиодом 6
усилителя 7, аналого-цифрового преобразователя 8, микроконтоллера 9 и
жидкокристаллического индикатора 10.
56
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В качестве магнитооптической ячейки Фарадея используется ферритгранатоваая пленка с примесью висмута, которая обладает высокой величиной
постоянной Верде. Это позволяет увеличить чувствительность измерительной
системы, т.е. получить более высокое значение выходного сигнала при одном
и том же значении измеряемой величины.
При измерении напряженности магнитного поля оно воздействует
непосредственно на магнитооптическую ячейку Фарадея, в результате чего
происходит поворот плоскости поляризации плоскополяризованного луча
света с выхода поляризатора на угол фарадеевского вращения   V  H  L , где V
– постоянная Верде, Н – напряженность магнитного поля, L – длина пути луча
света в магнитооптическом материале.
При измерении электрического тока I его пропускают через шину,
удаленную от датчика на расстояние R. При этом на магнитооптическую
ячейку Фарадея воздействует магнитное поле, напряженность которого по
закону полного тока для круглой шины находится как H  I 2R . Тогда о токе
судят по формуле   V  L  I .
Достоинством описываемой информационно-измерительной системы
(ИИС) является малогабаритность и дистанционное измерение.
На рис. 3 показано информационно-измерительное устройство контроля
электрического тока и магнитного поля [3], содержащее последовательно
соединенные источник оптического излучения 1 в виде лазера или лазерного
диода, поляризатор 2, оптическое волокно 3, обладающее линейным двойным
лучепреломлением, свернутое в катушку, внутри которой расположен
проводник 4 с током, анализатор 5, фотоприемник оптического излучения 6.
3
I
4
8
1
2
5
6
7
Рис. 3
Новым в рассматриваемой ИИС является то, что в качестве
фотоприемника оптического излучения с выхода анализатора 5 использован
фотодиод 6, электрически соединенный с усилителем 7, выход которого
подключен к микроконтроллеру 8, содержащему порты ввода-вывода и
микропроцессор, осуществляющий обработку информации. Это позволяет
повысить точность измерений.
57
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В
анализаторе
5
угол
поворота
плоскости
поляризации
плоскополяризованного луча  преобразуется в изменение мощности
оптического сигнала [4] P  0,5PO (1  sin  ) , где Po – мощность света при
отсутствии магнитного поля.
Катушка 3 служит магнитооптическим элементом Фарадея [4] и при
воздействии на нее магнитного поля Н происходит поворот плоскости
поляризации плоскополяризованного луча света на угол фарадеевского
вращения   VN O I , где I – электрический ток, No – число витков катушки из
оптического волокна, V – постоянная Верде.
При
непосредственном
воздействии
магнитного
поля
угол
фарадеевского вращения находится по формуле   V  H  L , где L – длина пути
света в катушке из оптического волокна.
Оптический сигнал с выхода анализатора воздействует на фотодиод 6,
электрический сигнал с выхода которого усиливается усилителем 7 и
поступает на микроконтроллер 8, в котором обрабатывается блоком
обработки.
Наличие блока обработки (микропроцессора) позволяет повысить
точность измерения за счет коррекции погрешностей, возникающих от
влияния на постоянную Верде материала оптического волокна колебаний
температуры окружающей среды и длины волны оптического излучения. Все
это в итоге обеспечивает увеличение точности измерения.
Список литературы
1. Ураксеев М.А., Соловей К.В. Информационно-измерительное устройство
контроля магнитного поля и электрического тока // Патент РФ на полезную
модель № 62713. – 2007. – Бюллетень № 12.
2. Ураксеев М.А., Соловей К.В. Волоконно-оптический датчик магнитного
поля и электрического тока // Патент РФ на полезную модель № 61042. – 2007.
– Бюллетень № 4.
3. Ураксеев М.А., Левина.Т.М., Галлиулин И.В. Информационноизмерительное устройство контроля электрического тока и магнитного поля //
Патент РФ на полезную модель № 62712– 2007. – Бюллетень № 12.
4. Окоси Т. Волоконно-оптические датчики / Т. Окоси. – 1990. – 257 с.
58
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
УДК 004:621.452-2
М.А. УРАКСЕЕВ, В.Ю. ЧЕРНЫШЕВ
Уфимский государственный авиационный технический университет (г. Уфа)
АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ПРОВЕРКИ ГИПОТЕЗЫ О
НОРМАЛЬНОМ ИЛИ ПОКАЗАТЕЛЬНОМ РАСПРЕДЕЛЕНИИ
ТЕМПЕРАТУРЫ ЛОПАТОК ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ И
ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДОВЕРИТЕЛЬНОГО ИНТЕРВАЛА
При статистической обработке результатов экспериментальных
исследований измерений температуры лопаток ротора газотурбинного
двигателя (ГТД) необходимо убедиться в том, что кривая распределения
температуры носит нормальный или показательный характер, как обычно
принимается при статистических исследованиях.
Учитывая большой объем информации, подлежащей статистической
обработке, авторами разработана автоматизированная схема эксперимента,
предусматривающая преобразование опытных данных в цифровой код и
введение их в ЭВМ.
Вместе с тем, разработана программа обработки полученных данных для
проверки гипотезы о нормальном и показательном распределении
температуры лопаток ГТД и определения доверительного интервала.
Проверка выполнена на языке программирования Delphi. Результаты
измерений с датчика температуры лопаток газотурбинного двигателя
заносятся в память компьютера в txt файл. Оттуда они изымаются и с данными
проводятся вычисления: выясняется, к какому закону распределения
нормальному или показательному принадлежит данная выборка, определяется
доверительный интервал для оценки математического ожидания, в случае если
выборка принадлежит нормальному закону распределения при надежности
оценки γ = 0.95. Также, в случае выполнения того или другого распределения
строятся соответствующие графики. На рис. 1, 2 и 3 показано построение и
проверка нормального распределения, а на рис. 4 и 5 – построение и проверка
показательного распределения. В случае же, если и та, и другая гипотезы
отвергаются, то графики не строятся и выдается соответствующее сообщение.
59
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 1
Рис. 2
60
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 3
Рис. 4
61
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 5
1. Попов В.А. Паскаль и Дельфи. Самоучитель / В.А. Попов. – 2003. – С. 544.
2. Кэнту М.У. Delphi 5 для профессионалов / М.У. Кэнту. – 2003. – С. 1104.
УДК 004:621.452-2
М.А. УРАКСЕЕВ, В.Ю. ЧЕРНЫШЕВ
Уфимский государственный авиационный технический университет (г. Уфа)
ПРОГРАММА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ СБОРА И
ОБРАБОТКИ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ О ТЕМПЕРАТУРЕ
ЛОПАТОК ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ
В работе описана программа автоматизированной системы сбора и
обработки измерительной информации о температуре лопаток ротора
газотурбинного двигателя (ГТД). При решении задачи автоматизации сбора и
обработки измерительной информации о температуре лопаток ГТД с помощью
программы Delphi требуется осуществлять счет времени. Нами для этого был
выбран счетчик TTimer [1, 2].
Перед началом выполнения программы на передней панели выбираются
характеристики процесса (Рис. 1): количество лопаток (переменная
целочисленного типа – kol_lop), критическая температура, интервал «замера»
температуры всех лопаток. Кроме того, выбирается номер лопатки,
62
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
температурная зависимость от времени, по которому будет рисоваться в
режиме реального времени.
Рис. 1
При нажатии кнопки «Старт» выполняются следующие действия.
Очищаются области рисунков на первой и второй панелях программы. Это
необходимо, если процесс запускается повторно. Выключается клавиша
«Старт» и включается клавиша «Стоп». Выключается режим редактирования
компонентов для ввода количества лопаток, критической температуры,
интервала «замера» и номер лопатки для рисования. Заполняются свойства
компонента TTimer и графика для рисования в режиме реального времени
(рис. 2).
63
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 2
Затем для записи данных открывается файл процедурой:
assignfile(f,'TempLop.txt');
rewrite(f),
где TempLop.txt – имя файла, в который идет запись. Необходимо учесть что,
при каждом новом нажатии кнопки «Старт» создается новый файл. Timer
становится активным (включается) процедурой: Timer1.Enabled:=true.
При активации компонента ТTimer выполняются следующие действия.
Идет счет времени в секундах: t1:=t*Timer1.Interval/1000 и выводится на
панель программы: Label4.Caption:=FloatToStr(t1)+' сек.'. Затем запускается
цикл for от 1 до количества лопаток и происходит генерация температур для
каждой лопатки.
Проверяется, не превышает ли температура критического значения. Если
да, то выводится в текстовое поле на первой закладке программы. Тут же
данные записываются в файл построчно. В начале индицируется момент
времени измерения, номер лопатки, а затем ее температура:
st:=FloatToStr(t1)+' '+IntToStr(i)+' '+FloatToStr(temp);
writeln(f,st).
Проверяется, если число счетчика цикла for равно числу, введенному в
поле для номера лопатки для рисования, то на график выводятся данные
температуры этой лопатки и момент времени (Series2.AddXY(t1,temp,'',clRed)).
Выполнение процедуры для компонента Timer заканчивается.
После нажатия кнопки «Стоп» генерация данных заканчивается, и файл
записи закрывается [2].
Теперь доступно меню второй закладки программы, которое было
недоступно при генерации данных. Здесь указывается номер лопатки,
64
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
температурной зависимости, которую мы хотим нарисовать (Рис. 3). Число
лопаток в этом меню ограничено числом, введенным в начале выполнения
программы.
Рис. 3
Список литературы
1. Попов В.А. Паскаль и Дельфи. Самоучитель / В.А. Попов. – 2003. – С. 544.
2. Кэнту М.У. Delphi 5 для профессионалов / М.У. Кэнту. – 2003. – С. 1104.
УДК 681.586.37
М.А. УРАКСЕЕВ, Д.Л. ЛОБАНОВ
Уфимская государственная академия экономики и сервиса (г. Уфа)
ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЗАЩИТЫ
ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ
В энергетических системах [2] на электрооборудовании электростанций,
в электрических сетях и на электроустановках потребителей электроэнергии
могут возникать повреждения и ненормальные режимы. Повреждения в
большинстве случаев сопровождается значительным увеличением тока и
глубоком понижением напряжения в элементах энергосистемы. Повышенный
ток выделяет большое количество тепла, вызывающее разрушение в месте
повреждения, и опасный нагрев неповрежденных линий и оборудования, по
которым этот ток проходит. Понижение напряжения нарушает нормальную
65
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
работу потребителей электроэнергии и устойчивости параллельной работы
генераторов и энергосистемы в целом.
Ненормальные режимы обычно приводят к отклонению величин
напряжения, тока и частоты от допустимых значений. При понижении частоты
и напряжения создается опасность нарушения нормальной работы
потребителей и устойчивости энергосистемы, а повышение напряжения и тока
угрожает повреждением оборудования и линий электропередачи.
Таким образом, повреждения нарушают работу энергосистемы и
потребителей электроэнергии, а ненормальные режимы создают возможность
возникновения повреждения или расстройства работы энергосистемы.
Для обеспечения нормальной работы энергетической системы и
потребителей электроэнергии необходимо как можно быстрее выявлять и
отделять место повреждения от неповрежденной сети, восстанавливая таким
путем нормальные условия работы энергосистемы и потребителей.
Опасные последствия ненормальных режимов также можно
предотвратить, если своевременно обнаружить отклонение от нормального
режима и принять меры к его устранению.
В связи с этим и возникает необходимость в создании и применении
автоматических устройств, выполняющих указанные операции и защищающих
систему и ее элементы от опасных последствий повреждения и ненормальных
режимов.
Рис. Структурная схема волоконно-оптической системы защиты
энергетического оборудования
На рисунке рассмотрена одна из возможных структурных схем
реализации волоконно-оптической системы защиты энергетического
оборудования. При возникновении повреждения система защиты выявляет и
66
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
отключает от системы поврежденный участок, воздействуя на специальный
силовой выключатель 13.
Принцип работы волоконно-оптического датчика тока [1] 9 основан на
повороте плоскости поляризации линейно поляризованного света в витке
оптического волокна, окружающего проводник с током, на угол фарадеевского
вращения. Волоконно-оптического датчика тока 9 содержит в качестве
источника оптического излучения лазерный диод 1, последовательно с ним
соединенный поляризатор 2 и свернутое в катушку оптическое волокно 3.
Внутри катушки 3 проходит проводник 4 с измеряемым током I. Анализатор 5
оптически соединен посредством оптического волокна 6 с фотоприемником
оптического излучения 7 в виде фотодиода. Фотодиоды 7 с датчиков
соединены с микроконтроллером 10, который имеет встроенный
мультиплексор и АЦП. Микроконтроллер 10 последовательно соединен с
ЖКИ индикатором 11, также предусмотрен цифровой выход 12.
В
современных
энергетических
системах
системы
защиты
предназначены для быстрого автоматического восстановления нормального
режима и питания потребителей.
Список литературы
Волоконно-оптические датчики: Пер. с яп. / Окоси Т. и др. – Л.:
Энергоатомиздат, 1990. – 312 с.
Чернобровов Н.В. Релейная защита / Н.В. Чернобровов. – М.: Энергия, 1971. –
624 с.
УДК 681.586’37
М.А. УРАКСЕЕВ, Д.Л. ЛОБАНОВ
Уфимская государственная академия экономики и сервиса (г. Уфа)
ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ДИСТАНЦИОННОГО
КОНТРОЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА С МАГНИТООПТИЧЕСКИМ
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ
Известно [1], что в настоящее время во всем мире интенсивно ведутся
работы
по
созданию
информационно-измерительных
систем
с
магнитооптическим преобразователями. В таких системах используются
волоконно-оптические преобразователи физических величин. Бурное развитие
волоконно-оптических систем сбора информации связано как с особенностями
различных отраслей науки и техники, так и с замечательными свойствами
этих систем. Они искро- и пожаро-безопасны, устойчивы к электромагнитным
помехам, малогабаритны, потребляют мало энергии. Они также позволяют
создавать как локальные, так и распределенные на большом пространстве
67
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
чувствительные элементы и системы непрерывного контроля. Особенно
перспективны волоконно-оптические датчики и системы во взрывоопасных
производствах и системах экологического мониторинга на предприятиях с
вредными и пожароопасными производствами, а также на территориях
больших городов.
Волоконно-оптические датчики (ВОД) магнитных и электрических
полей [3] разрабатываются в основном для дистанционного контроля в сетях
постоянного и переменного тока. Потребность в них возникает в связи с тем,
что для прямого измерения токов и напряжений в высоковольтных сетях
требуются специальные методы и средства для развязки высокого напряжения
в сети и низкого напряжения измерительной аппаратуры. Особенно трудно
проводить прямые измерения токов в высоковольтных сетях постоянного тока.
Устройства такого типа позволяют проводить измерения при
гальванической развязке контролируемого объекта и регистрирующей
аппаратуры.
Разработки и исследования материалов для оптических датчиков
измерения
магнитных
полей
ведутся
довольно
давно. Наиболее
перспективным признано использование в этих датчиках эффекта Фарадея.
Эффект Фарадея [2] заключается во вращении плоскости поляризации
линейно поляризованного света в оптически активных веществах под
действием магнитного поля. Угол поворота плоскости поляризации света
  CB Bl ,
где CB – постоянная Верде; l – длина пути света в веществе;
В – магнитная индукция.
Измеряя угол поворота плоскости поляризации света, можно определить
индукцию магнитного поля или силу тока, если преобразователь поместить в
магнитном поле измеряемого тока.
Уравнение, записанное выше, справедливо для составляющей индукции
Вl, направленной вдоль пути света. Знак угла  зависит от направления
вектора магнитной индукции, но не зависит от направления света, что
позволяет увеличить угол , если свет многократно пропускать через ячейку
Фарадея. Как и в других методах, основанных на измерении магнитной
индукции поля, создаваемого измеряемым током, при использовании эффекта
Фарадея основными составляющими погрешности измерения тока являются
погрешность преобразования измеряемого тока в магнитную индукцию и
погрешность измерения магнитной индукции.
При использовании эффекта Фарадея измерение магнитной индукции
сводится к измерению поворота плоскости поляризации света, которое обычно
осуществляется методами прямого или уравновешивающего преобразования.
68
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
При
применении
метода
прямого
преобразования свет от
лазера 1 направляется к
преобразователю Фарадея
3 и фотодиод 6 (рис. 1).
При
этом
поляризатор 2 и анализатор
4 могут быть расположены
непосредственно
у
магнитооптического
образца, что позволяет
использовать оптические
каналы связи 5 в виде
обычных
волоконных
световодов.
Рис. 1. Структурная схема оптического датчика
измерения магнитного поля на использование
эффекта Фарадея
Рис. 2. Волоконно-оптический датчик
магнитных полей с ферромагнитным
магнитопроводом
Рис. 3. Волоконно-оптический датчик
магнитных полей с многовитковым
магнитооптическим преобразователем
Уменьшения влияния внешних магнитных полей и увеличения
чувствительности средств измерений, основанных на использовании эффекта
Фарадея,
к
току
можно
достигнуть
путем
увеличения коэффициента преобразования
, применяя
ферромагнитный магнитопровод 3 с магнитооптическим элементом 2,
охватывающим провод 1 с измеряемым током (рис. 2). Однако использование
таких преобразователей связано с ухудшением динамических характеристик
прибора и появлением фазовых погрешностей, а у прибора с магнитопроводом
69
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
– погрешностей гистерезиса и линейности. Более рациональный путь
повышения чувствительности – увеличение длины пути прохождения
светового луча в магнитооптическом элементе за счет многовиткового
магнитооптического преобразователя из гибкого волоконного световода 2,
охватывающего провод 1 (рис. 3). Этот преобразователь одновременно
является своеобразным интегрирующим контуром, что позволяет установить
однозначную зависимость между током и углом поворота плоскости
поляризации света и исключить влияние внешних магнитных полей и
неравномерного распределения тока внутри контура:
  C B  Bdl  C B  0I X .
Время релаксации, свойственное магнитооптическим эффектам,
составляет менее 10-10 с, поэтому на основе этих эффектов можно создать
быстродействующие средства измерений постоянных, переменных и
импульсных токов и напряжений, а также современные быстродействующие
устройства защиты.
Список литературы
1. Корнеев Г.И. Оптические системы связи и световодные датчики /
Г.И. Корнеев, Б.А. Красюк. – М.: Радио и связь, 1985.
2. Бусурин В.И. Волоконно-оптические датчики / В.И. Бусурин, Ю.Р. Носов. –
М.: Энергоатомиздат, 1990. – 310 с.
3. Горчаков В.К. Волоконно-оптические датчики электромагнитных полей на
БГО и БСО – М.: В.К. Горчаков, В.В. Куцаенко, В.Т. Потапов. – Радиотехника,
1988. – 28 с.
УДК 531,756
М.А. УРАКСЕЕВ, О.В. НЕГАНОВ
Уфимская государственная академия экономики и сервиса (г. Уфа)
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА КОНТРОЛЯ ПЛОТНОСТИ
ЖИДКИХ СРЕД
Одной из наиболее важных характеристик жидкостей, получаемых или
применяемых в технологических процессах различных производств, является
плотность. Измерение плотности необходимо в процессах смешивания
пищевых продуктов; при определении границы раздела фаз многослойных
жидкостей; при разделении растворителей; в пивоварении и других процессах.
Плотномеры классифицируются по принципу действия, способу контакта с
измеряемой средой, конструкции. В этом обзоре рассматриваются несколько
современных, перспективных способов построения плотномеров.
70
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Ультразвуковой плотномер с магнитострикционным волноводом.
Плотномер [1] состоит из преобразователя перемещения в виде
магнитострикционного волновода, размещенного внутри корпуса из
немагнитного материала, на котором на различной высоте расположено n
тороидальных поплавков с уравновешивающими цепочками, одним концом
прикрепленными к поплавку, а другим концом – к фиксаторам, жестко
закрепленным на корпусе преобразователя перемещения, и находящимися внутри
поплавков магнитами. На магнитострикционном волноводе расположена катушка
считывания,
подключенная
к
усилителю-формирователю,
а
сам
магнитострикционный волновод подключен к формирователю импульсов. Выход
усилителя-формирователя подключен к входу блока обработки сигнала, выход
которого соединен с входом формирователя импульсов (рис. 1).
Измерение плотности основано на измерениях времени распространения
ультразвука в магнитострикционном волноводе. Скорость распространения
ультразвука в волноводе практически не зависит от давления и влажности.
Влияние температуры автоматически компенсируется с помощью специального
алгоритма обработки временных интервалов распространения ультразвука.
По команде из блока обработки сигналов 10 с помощью формирователя
импульсов 8 генерация ультразвуковой волны происходит по принципу
магнитострикции непосредственно в волноводе 5, изготовленном из специальной
стальной проволоки с магнитострикционными свойствами и расположенном
внутри корпуса из немагнитного материала 7.
При взаимодействии переменного магнитного поля, создаваемого
импульсом тока в волноводе 5, и поля постоянных магнитов 4 происходит
деформация кристаллической структуры волновода, что создает механическую
волну, распространяющуюся с ультразвуковой скоростью. Ультразвуковая волна,
возникающая в местах расположения магнитов 4, распространяется по волноводу
5 в обоих направлениях от места возникновения. В верхней части волновода
ультразвуковые волны вследствие обратного магнитострикционного эффекта
преобразуются катушкой считывания 6 в электрические импульсы и затем
гасятся демпфером. Указанные импульсы поступают в усилитель-формирователь
9, где преобразуются в прямоугольную форму, и затем поступают в блок
обработки сигналов 10. Промежуток времени между моментом генерации
ультразвуковой волны и ее преобразованием в электрические импульсы
пропорционален измеряемому расстоянию, т.е. положению поплавка 1, 2 или 3 и,
соответственно, плотности жидкости на данном уровне. При наличии
нескольких поплавков с размещенными в них магнитами возникает несколько
ультразвуковых волн, равное числу поплавков. При этом моменты
преобразования ультразвуковых волн в электрические импульсы разнесены по
времени, и анализ количества импульсов и соответствующих промежутков
времени позволит определить положение каждого поплавка и таким образом
измерить плотность жидкости на соответствующем уровне. Пределы измерения
можно расширить при утяжелении уравновешивающих цепочек, но при этом
снижается чувствительность плотномера [2].
71
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 1. Плотномер жидкости с низкой плотностью:
1 – первый поплавок; 2 – второй поплавок; 3 – n-й поплавок; 4 – постоянный
магнит внутри поплавка; 5 – магнитострикционный волновод; 6 – катушка
считывания; 7 – корпус из немагнитного материала; 8 – формирователь
импульсов; 9 – усилитель-формирователь; 10 – блок обработки сигнала;
11 – уравновешивающие цепочки; 12 – фиксаторы для поплавков
Плотномер, основанный на измерении кинетической энергии потока
жидкости с помощью магнито-жидкостного сенсора.
Способ [3] определения плотности жидкости основан на измерении
кинетической энергии потока исследуемой жидкости. Поток исследуемой
жидкости направляют на магнитно-жидкостный сенсор, измеряют его
деформацию и по полученным значениям деформации сенсора определяют
плотность.
72
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 2. Плотномер с магнито-жидкостным сенсором
Капиллярный патрубок 2, герметично закрытый с одной стороны и
имеющий отверстие 3 для выхода жидкости, размещают перпендикулярно к
трубопроводу 1. При изменении плотности контролируемой жидкости
изменяется скорость течения жидкости по трубопроводу и капилляру, а
следовательно, и динамическое давление на магнитно-жидкостный сенсор 5,
вызывая его деформацию. Величина деформации магнитно-жидкостного
сенсора определяется по величине тока измерительных катушек 4
дифференциального индуктивного датчика. Давление на входе капилляра
определяется манометром 6. Вторичный прибор 7, включающий модуль
цифровой обработки сигнала и модуль цифровой индикации и контроля,
регистрирует значение плотности по величине тока измерительных катушек с
коррекцией по статическому давлению на входе капилляра.
Список литературы
1. Патент RU 2273838 C1, 10.04.2006.
2. Патент RU 2308019 С1, 10.10.2007.
3. Патент RU 2299419 C2, 10.08.2006.
4. Туричин А.М. Электрические измерения неэлектрических величин /
А.М. Туричин. – М.: Энергия, 1966.
5. Кивилис С.С. Плотномеры / С.С. Кивилис. – М.: Энергия, 1980.
73
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
УДК 531.75:665.6
М.А. УРАКСЕЕВ, О.В. НЕГАНОВ
Уфимская государственная академия экономики и сервиса (г. Уфа)
ИНФОРМАЦИОННО ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ И УПРАВЛЯЮЩАЯ СИСТЕМА
КОНТРОЛЯ ПЛОТНОСТИ НЕФТЕПРОДУКТОВ
В настоящее время, в период бурного развития вычислительной техники
и систем автоматизации перед автоматизированными системами управления
технологическими
процессами
в
нефтедобывающей
и
нефтеперерабатывающей
промышленности,
а
также
на
складах
нефтепродуктов различных предприятий остро встает задача быстрого и
точного измерения плотности нефтепродуктов. Плотность является самой
важной характеристикой нефти и нефтепродуктов. По значению плотности
определяется качество нефти, а также возможно определение границы раздела
фаз нефтепродуктов на различных стадиях подготовки и переработки. На
сегодняшний день практически на всех объектах добычи, переработки и
хранения нефти и нефтепродуктов используют лабораторный метод измерения
плотности. Лабораторный метод [1] заключается в измерении плотности при
помощи ручных ареометров. Недостатками такого метода являются:
- необходимость отбора проб и их анализа в лаборатории по несколько
раз в сутки;
- неточность измерения, связанная с изменением температуры
окружающей среды, человеческий фактор;
- необходимость привлечения дополнительного персонала.
Для автоматизации этого процесса целесообразно применение поточных
и погружных плотномеров. Поточный плотномер – это устройство,
устанавливаемое в участок трубопровода и осуществляющее непрерывное
измерение плотности протекающей в трубопроводе жидкости. Погружной
плотномер устанавливается непосредственно в емкость с исследуемой
жидкостью и также осуществляет непрерывное измерение. Информационноизмерительная система контроля плотности, созданная с применением
современных микроконтроллерных средств, обладает высокой точностью и
быстродействием, включает в себя набор стандартных протоколов передачи
данных, является необслуживаемой системой. Вывод данных в такой системе
происходит в реальном времени либо непосредственно на приборе, либо на
удаленном блоке индикации, а также на автоматизированном рабочем месте
оператора, также там формируются и хранятся архивы данных.
На рис. 1 приведена одна из возможных структур построения системы.
74
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 1. Информационно измерительная и управляющая система контроля
плотности нефтепродуктов:
1-1, 1-2, 1-n – плотномеры; 2 – микроконтроллерный блок обработки; 3 – ЖКИ
индикатор; 4 – интерфейсный блок; 5 – клавиатура; 6 – мультиплексор с
искозащитой типа «искробезопасная электрическая цепь»
Такая система [2] осуществляет непрерывный контроль плотности, а
значит и качества нефтепродуктов и может применяться в системах
регулирования на площадках подготовки нефти для сортировки продуктов
переработки (рис. 2).
Рис. 2. Система автоматической сортировки нефтепродуктов.
1 – плотномер; 2 – электрозадвижка на трубопроводе подготовленной нефти;
3 – электрозадвижка на трубопроводе некондиционной нефти на повторную
переработку
Система работает следующим образом, значение плотности, приходящее
с плотномера 1 на микроконтроллерный блок обработки, сравнивается с
определенным значением, записанным в память микроконтроллера. Если
качество нефтепродукта не удовлетворяет уставкам, то блок обработки выдает
управляющий сигнал на закрытие задвижки 2 и на открытие задвижки 3, тем
самым направляя поток некондиционного продукта на повторную подготовку.
Если же плотность продукта соответствует норме, то открывается задвижка 2
и закрывается задвижка 3. Такая система является полностью
автоматизированной, настройка и задание уставок производится с клавиатуры
75
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
устройства. Отображение информации [2] производится на вторичном блоке
системы.
Вывод данных на автоматизированные рабочие места операторов или в
автоматизированную систему управления технологическим процессом,
производится посредством стандартных интерфейсов и протоколов, также
интерфейсный блок обладает рядом унифицированных сигналов.
Список литературы
1. Кивилис С.С. Плотномеры / С.С. Кивилис. – М.: Энергия, 1980.
2. Фрайден Дж. Современные датчики: Справочник / Дж. Фрайден. – М.:
Техносфера, 2006.
УДК 681.583.3:621.384.3
М.А. УРАКСЕЕВ, М.Г. КИРЕЕВ
Уфимский государственный авиационный технический университет (г. Уфа)
Уфимская государственная академия экономики и сервиса (г. Уфа)
ЗАРУБЕЖНЫЕ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ
КОНТРОЛЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ЛОПАТОК РОТОРА ГАЗОТУРБИННОГО
ДВИГАТЕЛЯ
Трудно найти в машиностроении деталь сложнее лопатки авиационной
турбины. Ее форма, придающая необходимые аэродинамические свойства,
внутренние каналы охлаждения и материал, из которого ее изготавливают, –
все резко усложняет и удорожает эти важнейшие детали, от состояния каждой
из которых зависит работоспособность газотурбинного двигателя.
Работают лопатки в сложнейших условиях: температура набегающего на
них газа составляет около 2000 0С, давление – около 8 ат. Поэтому качество
изготовления и состояние лопаток тщательно контролируют. В особенности
чистота внутренних каналов охлаждения – никаких нагаров и пленок, сложная
форма их должна быть строго выдержана. Ведь если охлаждение подведет,
лопатки просто расплавятся, поскольку материал, из которого они
изготовлены, выдерживает не более (1200  1300) 0С [1, 2]. В связи с этим
контроль состояния лопаток турбины необходимо осуществлять как в
наземных условиях на заводах – изготовителях, так и в процессе работы
газотурбинного двигателя (ГТД).
Измерение температуры лопаток работающего газотурбинного двигателя
невозможно контактным способом. В информационно-измерительных
системах (ИИС) контроля температуры лопаток турбины ГТД используются
пирометрические и тепловизионные методы. В первом случае в качестве
чувствительных элементов измерительных устройств используются
76
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
оптические пирометрические преобразователи, позволяющие измерять
температуру нагретых тел по интенсивности из теплового излучения в
оптическом диапазоне спектра [3]. Пирометрические преобразователи для
контроля температуры лопаток турбины ГТД, в основном, используют
инфракрасный
поддиапазон
оптического
излучения.
С
помощью
пирометрических преобразователей измеряют температуру локального участка
тела.
Во втором случае получают видимое изображение объекта на основании
его собственного инфракрасного (теплового) излучения. Инфракрасные лучи
невидимы для глаз человека. Для их изучения используют специальные
приборы – тепловизоры (термографы), которые на основании теплового
излучения отдельных участков объекта позволяют получить картинку его
температурного поля и мгновенно измерить температуру десятков тысяч точек
объекта. Тепловизоры являются измерительными приборами, поэтому их
называют измерительными тепловизорами, инфракрасными камерами.
1. Инфракрасная бесконтактная система для измерения температуры IRCON
MODLINE 3
Структурная схема системы IRCON MODLINE 3, разработанной фирмой
IRCON [4], приведена на рис. 1.
4
2
1
5
6
3
13
9
7
14
10
8
12
11
Рис. 1
В состав комплекта системы входит целая гамма инфракрасных
бесконтактных преобразователей температуры 1, каждый из которых
77
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
оптимизирован для конкретных условий применения. Эти преобразователи
содержат объективы с изменяемым фокусным расстоянием (аналогичные по
принципу действия популярным фотоаппаратам с зеркальной оптикой – SLR),
позволяющие добиться пятна диаметром 0,3 мм.
Фирма предлагает также двухцветные (двухлучевые) преобразователи
для работы в условиях перепада интенсивности излучения до 95 % или
волоконно-оптические устройства для измерений в труднодоступных местах.
С помощью волоконно-оптического кабеля 2 оптическое излучение
поступает на фотоприемное устройство 3, где преобразуется в электрический
сигнал.
В состав системы MODLINE 3 входит цифровой индикатор-контроллер
4 с микропроцессорным управлением с обширным набором стандартных
функциональных возможностей.
Для обработки результатов измерений система MODLINE 3 снабжена
специальным микропроцессорным блоком. Полученные данные выводятся на
крупный светодиодный цифровой дисплей 5 с хорошим обзором.
Запрограммированные
характеристики
и
управляющие
функции
отображаются на вакуумном флуоресцентном цифробуквенном дисплее 6.
В состав системы входят цифровой коммуникационный интерфейс 7
связи RS-485 и персональный компьютер 8.
Предусмотрен съем выходного сигнала 4…20 мА, 0…20 мА для
дополнительной оснастки (ставится потребителем): аналоговый амперметр 9,
цифровой индикатор 10, ленточный самописец 11.
В состав системы входят блоки: 12 – связи с сетью электропитания, 13 –
выключателя детектора пиков и функции слежения/запоминания, 14 –
дополнительный токовый вход 4…20 мА.
Достоинством системы является высокая точность и воспроизводимость:
погрешность  0,6 % показания + 1 последнего разряда или  0,6 % полной
шкалы  1 последнего разряда (в зависимости от модели).
2. Информационно-измерительная система контроля состояния лопаток ротора
ГТД компании Land Instruments
Схема работы и основные компоненты ИИС, разработанной компанией
Land Instruments [5], приведены на рис. 2.
Основными компонентами ИИС являются Blade Sentry (система
оптических пирометров, преобразующая тепловое излучение в электрический
сигнал), Rotor Sentry (полностью автоматическая система обработки и
корректировки данных, полученных от пирометрических преобразователей),
Data Sentry (система программного обеспечения, позволяющая оператору
визуализировать и вывести данные для дальнейшей обработки, как показано
на рис. 3).
78
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 2
Рис. 3
Достоинствами информационно-измерительных систем, рассмотренных в
данной статье, являются расширенные функциональные возможности по
получению достоверной информации о температуре лопаток, высокая точность
измерения температуры объекта без его отключения от технологического
процесса – обнаружение точек перегрева, которые возникают только во время
работы объекта, обеспечение безопасности персонала, проводящего измерение
температуры объектов.
Список литературы
1. Сердюков О. Изобретатель и рационализатор / О. Сердюков.– 2004. – № 12. –
С. 10-11.
2. Иксаков К.М., Шаталов Ю.С. Вестник УГАТУ. – 2002. – Т.3. – № 1. – С. 91-97.
3. Андреева Т.П. Создание авиационного промышленного оптического
пирометрического преобразователя: Автореф. диссерт. канд. техн. наук / Т.П.
Андреева. – Уфа: УГАТУ, 2002. – С. 16.
4. http://www.wftest.ru., http://www.landinst.com
79
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
УДК 681.5
М.А. УРАКСЕЕВ, М.Г. КИРЕЕВ
Уфимский государственный авиационный технический университет (г. Уфа)
Уфимская государственная академия экономики и сервиса (г. Уфа)
ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ С ОПТИЧЕСКИМИ
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ ТЕМПЕРАТУРЫ
Бесконтактные измерения температуры незаменимы в тех случаях, когда
нежелательно, невозможно, сложно и/или опасно обеспечить механический
контакт датчика с объектом измерения.
Не так легко определить температуру находящегося в движении объекта,
например, быстро движущейся бумажной ленты, или вращающегося барабана
бетономешалки, или потока горячего асфальта. Иногда поверхность объекта,
температура которого интересует, недоступна и/или небезопасна (например,
при оценке перегрева контактного соединения воздушной линии
электропередач или высоковольтного трансформатора).
Другая ситуация: объект исследования имеет малые габариты и массу (и,
следовательно, малую теплоемкость) и использование контактных
термометров привело бы к очень большой методической погрешности
(погрешности взаимодействия) за счет значительного количества тепла,
отнимаемого датчиком прибора от объекта и, как следствие, недопустимого
искажения режима его работы и, следовательно, результата измерения.
Особенно сильно это проявляется при необходимости исследования объекта
малой массы, например, в случае оценки температуры миниатюрных
электронных узлов.
Бесконтактные методы и средства измерения температуры являются так
называемыми неивазивными, то есть не требуют вмешательства в ход
технологического процесса, не создают проблем с установкой датчиков, не
требуют контакта с объектом исследования, не порождают погрешностей
взаимодействия инструмента с объектом и некоторых других неприятностей
[1].
Еще один класс задач, где использование бесконтактных методов и
средств измерения не только целесообразно, но и неизбежно (так как не имеет
альтернативы) – измерение сверхвысоких температур (например, измерение
температур расплавленных металлов). Возможная верхняя граница контактно
измеряемых температур составляет +2000…+2500 0С, поэтому измерения
более высоких температур производят только бесконтактными методами.
Тепловизионная диагностическая система контроля объектов
На рис. 1 представлена тепловизионная диагностическая система
проверки качества объектов [2], которая демонстрировалась на проходившей в
Московском выставочном комплексе ЗАО «Экспоцентр» Международной
выставке «Высокие технологии XXI века» и была разработана
80
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Государственным предприятием ММПП «Салют» [2]. Данная система может
также применяться при диагностике лопаток газотурбинного двигателя.
2
3
1
4
5
6
7
8
9
Рис. 1
10
Система состоит из контролируемого объекта 1 (в нашем случае это
лопатка), тепловое излучение которого 2 поступает на инфракрасную камеру
3. Излучение объекта в ИК-камере последовательно проходит по цепочке:
объектив 4, призмы 5 и 6 системы сканирования (развертки по горизонтали и
вертикали, соответственно), коллиматор 7, приемник излучения с блоком
обработки сигнала 8, персональный компьютер 9. На экране компьютера 10
ясно виден дефект объекта.
Эта система разработана вместо ранее применявшейся диагностики
объектов просвечиванием рентгеновскими лучами, которая давала
значительные погрешности при просмотре на экране, есть ли в каналах засоры,
не искажена ли их форма. Но главный недостаток заключался в том, что
рентген не мог показать, каково качество внутреннего охлаждения и каков
коэффициент отдачи тепла. А он может снизиться не только в случае
засорения канала, но даже при наличии тончайшей пленки нагара на стенках,
которую никакой рентген не покажет.
Информационно-измерительная система
температурной диагностики объектов
На рис. 2а показана информационно-измерительная система (ИИС)
температурной диагностики лопаток турбины ГТД, разработанная при участии
специалистов Уфимского НПП «Молния». На рис. 2б приведен оптический
пирометрический преобразователь.
ИИС включает в себя оптические пирометрические преобразователи 1,
2, …, N, измеряющие температуру объекта по N каналам. Сигнал с выхода
пирометрических преобразователей поступает на мультиплектор 3, а далее –
на аналого-цифровой преобразователь 4. Последний связан через интерфейс 5
с микропроцессором 6. Информация с последнего подается на дисплей или
жидкокристаллический индикатор 7 и на принтер 8.
81
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Т1
Т2
ТN
1
2
3
4
5
6
7
8
N
а
1
2
3
4
5
б
Рис. 2
Оптический пирометрический преобразователь (рис. 2б) состоит из
оптической головки 1 и электронного блока обработки 2, связанных между
собой волоконно-оптическим кабелем 3. Это позволяет вынести из зоны
высокой температуры блок 2. Оптическая головка состоит из ИК –
прозрачного стекла 4 и объектива 5 с регулируемым фокусным расстоянием,
позволяющим регулировать величину диаметра пятна визирования.
Достоинствами данной ИИС являются расширенные функциональные
возможности по получению достоверной информации о температуре объекта и
высокая точность вследствие обеспечения возможности регулирования
величины диаметра пятна визирования объектива.
Автоматизированная система для измерения температуры поверхности
объектов
Структурная схема системы приведена на рис. 3 [3]. Она включает
оптический пирометрический преобразователь температуры с электронным
блоком обработки сигнала 1, аналого-цифровой преобразователь 2, тактовый
генератор 3, блок питания 4, параллельный программируемый адаптер 5,
формирователь шины данных 6, дешифратор адреса 7, персональную ЭВМ 8.
В состав схемы входят следующие шины: 9 – внешняя (интерфейсная) шина
данных, 10 – внутренняя шина адреса, 11 – системная шина данных, 12 – шина
управления. Через 13 обозначен сигнал выбора устройства, 14 – шина адреса,
15 – системная шина адреса, 16 – системная шина управления, 17 – системная
магистраль вычислителя.
82
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Т
9
1
11
10
2
6
12
17
3
13
8
5
15
14
4
7
16
Рис. 3
Система
обладает
следующими
основными
техническими
характеристиками: диапазон измеряемых температур 973 … 1473 К (700 
1200 0С); диапазон воспринимаемого оптического спектра 0,4 … 1,1 мкм;
частотный диапазон 0 … 100 кГц; временное разрешение < 1,0 мкс;
характеристики визирования: расстояние до цели (объекта) 100 … 120 мм,
диаметр цели (объекта) 3,0 … 8,0 мм; промышленная сеть: U = 220В; f = 40 Гц;
потребляемая мощность < 300 Вт.
Список литературы
1. Панфилов В.А. Электрические измерения: Учебник / В.А. Панфилов. –
2006. – С. 239.
2. Сердюков О. Тепло положили на лопатки / О.Сердюков // Изобретатель и
рационализатор. – 2004. – №12. – С. 10-11.
3. Андреева Т.П. Двигатели XXI века: Международная научная конференция /
Т.П. Андреева, И.Т. Губайдуллин. – М.: ЦИАМ, 2000.
УДК 62-1(4)
E. RIEFERT
2D/3D Konstruktionsbüro (Frankfurt am Main, Germany)
КОНСТРУКТОРСКИЕ РАЗРАБОТКИ В ЕВРОПЕ:
ОТ ЗАКАЗА ДО ВНЕДРЕНИЯ
Как известно, основой успешного продвижения на рынке любого
продукта является его новизна, его способность удовлетворить самые высокие
требования и желания потребителя, что, в свою очередь, заставляет
83
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
производителей непрестанно совершенствовать сам продукт, материалы,
технологические процессы, а также сами процессы управления производством.
Сама идея, ее концепт зарождаются в недрах производителя конечного
продукта, например, автомобиля. Это может быть конструкция нового кузова
автомобиля, его части, системы, технологической линии, нового цеха и т.д.
Часть этого концепта производитель реализует самостоятельно. Остальное он
заказывает другой фирме, которая имеет достаточный опыт в данной сфере и
выполнит заказ наилучшим образом. В свою очередь уже на этой фирме
происходит дальнейшее расчленение, и уже части своего заказа она передает
далее. Таким образом, в конце цепочки может стоять фирма состоящая, как это не
парадоксально, из одного человека.
Конечное качественное, своевременное исполнение заказа с заранее
расчитанными затратами зависит от четкого, точно ориентированного по
времени, успешного его исполнения на каждом участке, на всех фирмах,
задействованных в выполнении проекта. В верхней части этой цепочки связи
достаточно крепки, т.е. автомобильный концерн имеет традиционные отношения
с
крупными
конструкторскими,
исследовательскими,
производящими
предприятиями, здесь получение заказов от концерна достаточно предсказуемо. В
нижней же части, получит ли заказ какая-то маленькая фирма, предсказать
сложно. На рынке происходит постоянная ротация мелких фирм – одни исчезают,
другие появляются. Определить же, какая из них справится с работой, весьма
затруднительно.
В борьбе за получение заказа играют роль и такие факторы, как
способность быстро и без потерь обмениваться документацией, требование
исполнения заказа определенной CAD-Системой, расчетов, выполненных в
определенном формате и т.д. Например, требование исполнения заказа только
CAD-Системой – CATIA V5, предоставление и передача данных только в
форматах этой системы. Мелкая же фирма не в состоянии иметь данное
программное обеспечение в силу высокой стоимости. Наиболее же часто
используемый арсенал мелких фирм, используемый в конструкторских
разработках на сегодняшний день, – это AutoCAD, Inventor, SolidWorks,
OneSpaceDesigner.
Некоторое отрицательное воздействие на мелкие фирмы оказала и
глобализация – проблемы с обменом данных, несоответствие скорости передачи
данных, разный уровень компьютерной оснащенности, транспортные задержки.
Также сказывается различие в менеджменте проекта. Если в западной части
Европы управление происходит по одним канонам, то в восточной – часто по
другим. Наиболее часто встречающиеся ошибки – несвоевременный заказ
материала, неверное определение требуемого количества персонала,
неопределение «узких» мест, отсутствие графика выполнения заказа, т.е.
незнание того, в какой стадии находится исполнение заказа, отсутствие
координации между подразделениями.
Как правило, фирмы обращаются сразу к нескольким предприятиям
(потенциальным получателям заказа) с просьбой (запросом) сделать для них
84
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
предложение, где указывается: что необходимо выполнить; особенности и
сроки. В короткое время приходят ответы, где обычно стоит, что мы будем
рады выполнить для Вас данную работу, в указанные Вами сроки, за такую-то
цену. Соответственно наиболее привлекательный подрядчик получает заказ.
После получения заказа уточняется объем заказа, вид обмена
информацией, устанавливаются временные рамки для этапов заказа, в каком
виде продукт должен быть поставлен заказчику, сроки, порядок оплаты этапов
работы, заказа в целом и т.д.
Следует отметить, что в настоящее время заказчик не удовлетворяется
только конструкторской разработкой, а ищет то предприятие, которое в
состоянии и сконструировать, и изготовить, доставить и установить продукт в
указанном заказчиком месте. После того как продукт сконструирован и имеется
его компьютерная, как правило, трехмерная модель, конструкция обсуждается
совместно с заказчиком, учитываются замечания. Результаты таких совещаний
протоколируются. Далее выполняются рабочие чертежи, вновь предоставляются
заказчику и только после подтверждения приступают к изготовлению и т.д.
Индивидуальный же конструктор может привлекаться не только в стадии
конструирования, но также и на других этапах, например, для сопровождения в
стадии изготовления или как руководитель монтажа. Наряду с этим
индивидуальный конструктор достаточно широко привлекается предприятиями в
случае так называемых «узких мест», когда предприятию для выполнения какогото заказа недостаточно собственных ресурсов. При этом индивидуальный
конструктор трудится в конструкторском отделе данной фирмы. Основой для
такой работы является также заказ, где оговорены объемы в часах и стоимость,
как правило, одного часа работы. Следует добавить, что в таких случаях темп
работы индивидуального конструктора, ее напряженность очень высоки. И это
понятно, фирма стремится получить от работника максимум!
Оплата труда индивидуального конструктора почасовая. Как правило, на
основании почасового отчета, где указаны: дата, время, над чем в это время
работал. Отчет подписывается начальником группы или начальником
конструкторского отдела. По окончании работ конструктор выставляет фирме
счет, прикладывая почасовые отчеты. Оплата производится всегда после
выполненной работы.
Таким образом, отличительной особенностью конструкторских разработок
в Европе является нацеленность на конечный результат: работающую линию,
запущенный станок и т.д. При этом внедрение новшества должно произойти в
строго определенные сроки – не раньше, и не позже определенной даты. В
выполнении проекта может быть задействовано достаточно большое количество
фирм и заводов, причем часто из разных стран континента. Поэтому
своевременное внедрение инноваций невозможно без высокой квалификации,
привлечения самых современных систем автоматического проектирования и
расчета, грамотного управления и четкой исполнительской дисциплины.
85
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
СЕКЦИЯ II.
Химия и химическая технология, экология сервиса
УДК 541.(64+128):678.762
Э.В. ЯНБОРИСОВ, С.И. СПИВАК*, В.М. ЯНБОРИСОВ
Уфимская государственная академия экономики и сервиса (г. Уфа)
*Башкирский государственный университет (г. Уфа)
АЛГОРИТМЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ПОЛИМЕРИЗАЦИИ
МЕТОДОМ МОНТЕ-КАРЛО
Целью являлось моделирование процесса полимеризации и построение
молекулярно-массового распределения (ММР) макромолекул полибутадиена,
полученного
экспериментально
на
полицентровых
гетерогенных
катализаторах Циглера-Натта TiCl4-Al(i-C4H9)3.
Моделировали процесс полимеризации, включающий реакцию роста
макромолекул и реакцию переноса на мономер. Так как концентрация
активных центров полимеризации на несколько порядков ниже исходной
концентрации мономера [1], то с хорошим приближением изменением
концентрации мономера Cm на первоначальном этапе полимеризации
(до 1-3 % конверсии по мономеру) пренебрегли. В [2] показано, что
дезактивация (гибель) активных центров практически отсутствует, поэтому
эту реакцию не учитывали. Переносом реакции на алюмоорганическое
соединение также пренебрегли, поскольку скорость этой реакции составляет
не более 10 % от скорости реакции переноса на мономер [2]. Все это
позволило считать скорости реакций роста и переноса постоянными.
Как известно, при моделировании процессов методом Монте-Карло
необходимо использовать достаточно большой ансамбль объектов, в нашем
случае ансамбль, состоящий из активных центров (АЦ) полимеризации. С
увеличением ансамбля линейно возрастает время компьютерного расчета,
поэтому требуется эффективный алгоритм, реализующий процесс Маркова.
Для решения поставленной задачи разработали два алгоритма.
При моделировании входными параметрами программы являются:
N – количество АЦ (величина ансамбля);
t – время полимеризации;
kр – константа скорости роста полимерной цепи;
kп – константа скорости переноса реакции на мономер;
 = 0.01  0.1 – параметр (только для первого алгоритма).
Основными выходными данными являются зависимости мольной или
весовой доли макромолекул от степени полимеризации p, т.е. молекулярночисленное и молекулярно-массовое распределения.
Первый алгоритм заключается в следующем. Время полимеризации
разбито на большое количество шагов:
86
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
g = t•kр/
(1)
На каждом шаге для всех N активных центров разыгрываются рост макроцепи
полимера на одно звено и акт реакции переноса. Необходимо отметить, что в
отсутствии реакции гибели АЦ число продолжающих рост макромолекул, или
так называемых «живых» макромолекул равно количеству АЦ в любой момент
времени полимеризации.
Рост макромолекулы на шаге считается осуществленным, если
случайное число из диапазона от 0 до 1, полученное с помощью датчика
случайных чисел, будет меньше или равно . Данный алгоритм верно
отражает изменение среднечисленной степени полимеризации «живых» цепей
со временем полимеризации:
P n  k p  Cm  t
(2)
Если моделировать только реакцию роста, то очевидно, что в результате
реализуется Пуассоновское распределение макромолекул полимера [3].
Поэтому результаты расчетов методом Монте-Карло были сравнены с
распределением Пуассона «живых» макромолекул (рис. 1).
0.010
Мольная доля
0.008
0.006
0.004
0.002
0.000
7.7
7.8
7.9
ln p
8.0
8.1
Рис. 1. Молекулярно-численное распределение «живых» макромолекул:
моделирование методом Монте-Карло N = 50000, t = 60 c, Cm = 1 M:
  по алгоритму 1;  = 0.01; kp = 40 M-1c-1;   по алгоритму 2; kp = 50 M-1c-1;
  распределение Пуассона
Для первого алгоритма точность совпадения определяется параметром .
Если  = 1, то в соответствии с формулой (1) время расчета минимально, но в
87
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
этом случае процесс Маркова не реализуется, и полученное ММР гораздо уже
распределения Пуассона. В общем случае точность совпадения в процентах
равна параметру , например при  = 0.01 различие составляет 1 %.
Акт переноса цепи на мономер моделировали на шаге для каждого АЦ
путем сравнения случайного числа из диапазона 01 с вероятностью
vm = • kп/ kр
(3)
Если случайное число меньше или равно vm, то акт переноса на текущем
АЦ (или «живой» макромолекулы) считался состоявшимся. При этом образуется
так называемая «мертвая» макромолекула, степень полимеризации которой равна
степени полимеризации растущей макромолекулы в момент переноса. А сам АЦ
начинает продуцировать новую «живую» цепь, степень полимеризации или число
звеньев которой равно нулю в момент переноса.
Как следует из формул (1-3), эффективность алгоритма 1 определяется
параметром : при достаточно малом значении  = 0.01 99 розыгрышей
реализуют цепь случайных событий Маркова и лишь один из ста розыгрышей
приводит к росту макромолекулы. В случае моделирования реакции переноса
этот «коэффициент полезного действия» уменьшается еще в kр/ kп раз. Время
расчета программы, написанной в среде Delfi по алгоритму 1, на компьютере
AMD-Atрlon 64 с тактовой частотой процессора 3,4 Ггц и оперативной памятью 2
Гб составляло несколько часов при моделировании процесса полимеризации
длительностью до 10 минут.
С целью уменьшения затрат компьютерного времени разработали алгоритм
2. Суть этого алгоритма заключается в том, что на каждом шаге времени N раз
случайным образом разыгрывали номер того АЦ, на котором гарантированно
произойдет рост на одно звено. Существенно, что в этом алгоритме количество
шагов составляет g = t•kр, что в 10-100 раз меньше, чем в алгоритме 1, ввиду
отсутствия параметра . Также на каждом шаге времени N• kп/ kр раз
производили розыгрыш номера той «живой» макромолекулы, которая
подвергнется акту переноса. Учитывая, что константа реакции переноса меньше
константы реакции роста на несколько порядков, в алгоритме 2 на моделирование
реакции переноса затрачивается гораздо меньше времени, чем в первом
алгоритме. Применение данного алгоритма позволило сократить время
вычислений более чем в 100 раз по сравнению с первым алгоритмом.
Тестирование показывает достаточно хорошее совпадение с распределением
Пуассона при моделировании реакции роста «живых» цепей (рис. 1).
При совместном протекании реакции роста «живых» цепей и реакции
переноса после достаточно продолжительного времени полимеризации теория
предсказывает [3] распределение Флори. Действительно, результаты
моделирования демонстрируют постепенный переход от распределения Пуассона
в момент времени t = 0 к суперпозиции распределений Пуассона и Флори и
дальнейшее достижение распределения Флори (рис. 2). Это также хорошо
иллюстрируется приведенными на рис. 2 значениями полидисперсности
P w / P n , которые изменяются от 1 в момент t = 0 до 1.86 при времени
полимеризации 3 мин и, очевидно, постепенно приближаются к значению
88
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
P w / P n  2 , присущему распределению Флори. Важно, что распределение
Флори реализуется при таких временах полимеризации, при которых
исключительно все из растущих «живых» макромолекул претерпели хотя бы
один акт переноса.
0.0015
1 мин Pw=4158 Pw/Pn=1.53
Весовая доля
2 мин Pw=6206 Pw/Pn=1.76
3 мин Pw=7287 Pw/Pn=1.86
0.0010
3мин Флори
0.0005
0.0000
6
7
8
ln p
9
10
Рис. 2. Молекулярно-массовое распределение макромолекул: моделирование
реакций роста и переноса методом Монте-Карло по алгоритму 2:
N = 50000, t = 1-3 мин, Cm = 1 M, kp = 100 M-1c-1, kп = 0.02 M-1c-1
Таким образом, разработаны и программно реализованы эффективные
алгоритмы моделирования первоначального этапа процесса полимеризации,
включающей реакцию роста «живых» макромолекул и реакцию переноса реакции
на мономер. Эти алгоритмы применены для моделирования полимеризации
бутадиена на катализаторах циглеровского типа.
Список литературы
1. Н.Н. Сигаева, Т.С. Усманов, В.П. Будтов, Ю.Б. Монаков // Журнал прикладной
химии. – 2001. – Т. 74. – Вып. 7. – С. 1110–1115.
2. Усманов Т.С. Обратные задачи формирования молекулярно-массовых
распределений / Т.С. Усманов, С.И. Спивак, С.М. Усманов – М.: Химия., 2004. –
250 с.
3. Френкель С.Я. Введение в статистическую теорию полимеризации /
С.Я.
Френкель. – М.: Наука, 1965. – 267 с.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ, грант № 06-03-32240.
89
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
УДК541.64:678.762
В.З. МИНГАЛЕЕВ, В.П. ЗАХАРОВ, Ю.Б. МОНАКОВ
Институт органической химии Уфимского научного центра РАН (г. Уфа)
Башкирский государственный университет (г. Уфа)
ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ТУРБУЛЕНТНОГО ПЕРЕМЕШИВАНИЯ
РЕАКЦИОННОЙ СМЕСИ В ПРОЦЕССЕ ПОЛИМЕРИЗАЦИИ БУТАДИЕНА
НА ТИТАНОВОМ КАТАЛИЗАТОРЕ
Полидиены, синтезируемые на катализаторах Циглера-Натта, как
правило, имеют широкое молекулярно-массовое распределение (ММР). В
общем случае уширение ММР рассматривается как следствие нескольких
факторов, ключевыми из которых являются диффузионные ограничения,
распределение глобул по размерам и активных центров (АЦ) полимеризации
по реакционной способности [1, 2].
В работах [3, 4] рассмотрен вклад в полидисперсность полимера
распределения АЦ по вероятности обрыва полимерной цепи, т.е. кинетической
неоднородности АЦ. Каждый центр производит фракцию полимера
определенной молекулярной массы с наиболее вероятным распределением
Флори. Для анализа типового набора центров роста макромолекул предложена
методика, основанная на численном решении некорректно поставленной
задачи в виде интегрального уравнения Фредгольма первого рода методом
регуляризации А.Н. Тихонова. Показано, что циглеровские каталитические
системы характеризуются наличием нескольких типов АЦ при сравнительно
небольших конверсиях, т.е. катализатор изначально кинетически неоднороден.
При этом авторы полагали, что неоднородность АЦ проявляется только в
пространстве, а не во времени. Иными словами постулировалось, что
диффузионные ограничения не влияют на распределение АЦ по кинетической
неоднородности.
Однако имеются примеры, доказывающие, что при полимеризации
диенов на (микро) гетерогенных каталитических системах диффузионные
ограничения значительно уширяют ММР [1]. В связи с этим, целью данной
работы являлась оценка вклада диффузионных ограничений в
полидисперсность полибутадиена, полученного на кинетически неоднородном
микрогетерогенном титановом катализаторе TiCl4–Al(i-C4H9)3.
Для достижения поставленной цели проведено исследование
кинетической неоднородности АЦ титанового катализатора в стандартных
условиях проведения полимеризации (смешение реагентов проводится
непосредственно в реакционной емкости при медленном перемешивании на
протяжении всего процесса), а также при увеличении локального уровня
турбулентного смешения в трубчатом реакторе диффузор-конфузорной
конструкции. Гидродинамическое воздействие на реакционную смесь
осуществляли в шестисекционном трубчатом турбулентном реакторе [5-7].
90
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Турбулентное перемешивание проводили на стадии формирования
реакционной смеси, когда в турбулентном реакторе смешивались
каталитический комплекс и раствор мономера. В этом случае
гидродинамическое воздействие происходило практически в отсутствии
полимера, что соответствует времени полимеризации τп = 0 мин. Для
интенсификации перемешивания при различной конверсии мономера и, как
следствие, вязкости в момент времени 5, 7, 10, 15 и 20 минут реакционную
смесь подвергали гидродинамическому воздействию при ее однократной
циркуляции через трубчатый турбулентный аппарат (время пребывания в зоне
интенсивного перемешивания 2-3 с). Далее создавались условия, идентичные
стандартному способу ведения процесса.
На основе кривых ММР были рассчитаны распределения АЦ по
кинетической активности, согласно математическим моделям, рассмотренным
в [3]. При стандартном способе ведения процесса каталитическая система уже
при малых конверсиях характеризуется наличием четырех типов АЦ (I–IV
типы), производящих фракции полимера определенной молекулярной массы
(рис. 1): lnM = 9.2−10.4 – I тип; 11.2−11.4 – II тип; 12.9–13.2 – III тип; 14.1−14.7
– IV тип.
Ψ(lnβ)
2,0
1,5
1,0
40
6
0,5
4
30
,
20 п
5
3
0,0
1
14
12
10
мин
10
2
0
8
lnM
Рис. 1. Распределение АЦ полимеризации бутадиена по реакционной
способности при стандартном способе ведения процесса (сплошная линия) и
при гидродинамическом воздействии на реакционную смесь (пунктир)
при 0, 5, 7, 10, 15, 20 минутах – 1-6, соответственно
Видно, что при увеличении времени полимеризации, а, следовательно, и
вязкости полимеризационной смеси, при стандартном способе перемешивания
число типов АЦ и наиболее вероятное значение производимой определенным
91
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
типом центров молекулярной массы полибутадиена не изменяются.
Гидродинамическое воздействие в начальный момент полимеризации, когда в
системе практически отсутствует полимер, способствует исчезновению
первого типа АЦ, который производит самую низкомолекулярную фракцию
полибутадиена. Аналогичное изменение наблюдается при интенсификации
турбулентного перемешивания реакционной смеси при фиксированной
конверсии.
Очевидно, что происходящие изменения в распределении АЦ по
кинетической
неоднородности,
обусловленные
изменением
гидродинамического режима, должны повлиять на молекулярно-массовые
свойства полибутадиена. Однократная циркуляция смеси при фиксированной
конверсии мономера через трубчатый турбулентный аппарат приводит к
получению полибутадиена со среднемассовой ММ ниже по сравнению со
стандартным способом ведения процесса. В то же время увеличение
концентрации полимера в реакционной смеси в интервале 0.2-0.9 % мас.
практически не влияет на среднемассовую ММ полибутадиена. Максимальное
снижение молекулярной массы наблюдается при гидродинамическом
воздействии на реакционную смесь в отсутствии полимера, т.е. на стадии
смешения раствора мономера с каталитическим комплексом. Увеличение
содержания полимера в реакционной смеси на момент гидродинамического
воздействия последовательно приводит к росту среднечисленной ММ, в
результате чего снижается полидисперсность полибутадиена (см. табл.).
Таблица
τп,
мин
1
3
15
30
80
100
Влияние гидродинамического воздействия
на полидисперсность полибутадиена
Стандартный
Время гидродинамического воздействия, мин
способ
0
5
7
10
15
20
полимеризации
25
15
24
23
25
26
24
25
12
24
22
21
24
23
22
11
7
7
23
22
21
21
11
6
6
7
7
6
19
8
5
5
6
6
6
15
7
5
5
6
6
5
Из табл. видно, что при стандартном способе ведения процесса
синтезируется полибутадиен с относительно высоким коэффициентом
полидисперсности (Mw/Mn = 15–25), несмотря на то, что по мере протекания
полимеризации последний несколько снижается. Гидродинамическое
воздействие в начальный момент полимеризационного процесса в условиях
отсутствия полимера уменьшает полидисперсность, обеспечивая тем самым
получение более однородного по молекулярному составу полибутадиена.
92
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Аналогичное
воздействие
на
ширину
ММР
наблюдается
при
гидродинамическом воздействии на реакционную смесь, содержащую
различное количество полимера (таблица). Таким образом, гидродинамическое
воздействие на реакционную смесь в процессе полимеризации бутадиена не
зависимо от вязкости реакционной смеси приводит к подавлению активности
центров I типа, производящих низкомолекулярную фракцию полимера.
К настоящему времени накоплено достаточно много фактов, с той или
иной степенью опосредственности указывающих на полицентровую природу
циглеровских каталитических систем при полимеризации диенов. Зачастую
полицентровость, в частности кинетическая неоднородность АЦ, приобретает
характер постулатов для толкования экспериментальных данных. В данной
работе экспериментальным методом, заключающимся в интенсификации
турбулентного перемешивания в процессе полимеризации, отражены
систематические тенденции в изменении распределения АЦ по кинетической
активности, коррелирующие с молекулярно-массовыми свойствами
полибутадиена. Наряду с отсутствием зависимости типового набора АЦ в
изученном интервале времени полимеризации от вязкости реакционной смеси,
полученные данные показывают, что широкое ММР полибутадиена
полностью определяется наличием в полимеризационной системе четырех
типов АЦ с различной вероятностью обрыва полимерной цепи.
Список литературы
1. Френкель С.Я. Введение в статистическую теорию полимеризации /
С.Я. Френкель. – М.: Наука, 1965. – 267 с.
2. Бартенев Г.М. Физика полимеров / Г.М. Бартенев, С.Я. Френкель. – Л.:
Химия, 1990. – 430 с.
3. Монаков Ю.Б., Сигаева Н.Н. // Высокомолек. соед. С. – 2001. – Т. 43. – № 9.
– С. 1667.
4. Усманов Т.С., Гатауллин И.К., Усманов С.М., Спивак С.И., Монаков Ю.Б. //
Доклады РАН. 2002. – Т. 385. – № 2. – С. 368.
5. Минскер К.С., Захаров В.П., Тахавутдинов Р.Г, Дьяконов Г.С., Берлин
Ал.Ал. // Журнал прикладной химии. 2001. – Т. 74. – №. 1. – С. 87.
6. Берлин. Ал.Ал., Минскер К.С. // Доклады АН. 1997. – Т. 355. – № 5. – С. 635.
7. Берлин Ал.Ал., Прочухан Ю.А., Минскер К.С., Ениколопян Н.С. //
Высокомолек. соед. А. – 1991. № 2. – С. 243.
93
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
УДК 547.473.41-314 + 547.596.2
Г.Ю. ИШМУРАТОВа, М.П. ЯКОВЛЕВАа, В.А. ВЫДРИНАа, Г.Р. ГАРЕЕВАа,
Р.Р. МУСЛУХОВа, Г.А. ТОЛСТИКОВб
а
Институт органической химии УНЦ РАН (г. Уфа)
б
Новосибирский институт органической химии им. Н.Н. Ворожцова СО РАН
(г. Новосибирск)
СИНТЕЗ ОПТИЧЕСКИ ЧИСТОГО 2S-ИЗОБУТОКСИ-7S-ИЗОПРОПИЛ-4RМЕТИЛ-2-ОКСЕПАНА
Известно, что при низкотемпературном (~ -70С) восстановлении
лактонов диизобутилалюминийгидридом (ДИБАГ) образуются лактолы [1].
(-)-Ментолактон (1) является продуктом двухступенчатого хемо- и
стереоспецифического
окисления
доступного
оптически
чистого
монотерпеноида -ментола [2], выделяемого из эфирного масла перечной мяты.
Нами установлено, что при низкотемпературной обработке лактона (1)
двухкратным мольным количеством ДИБАГ и выдерживании реакционной
смеси при той же температуре в течение 2-3 ч образуется оптически чистый
2S-изобутокси-7S-изопропил-4R-метил-2-оксепан (2).
O
O
i
2 eq Bu 2AlH
O
CH2Cl2, -70oC
1
O
2
Спектральные параметры Mе- и i-Pr-групп ацеталя (2) близки к ранее
установленным для ментола и ментолактона (1) [2], что соответствует их
экваториальной ориентации. Анализ спектра ЯМР 1Н показывает, что протон
при ацетальном углероде С2 (дублет дублетов) имеет вицинальные константы
спин-спинового взаимодействия с двумя геминальными протонами при атоме
С3, равные 3J = 8.9 и 3J = 5.3 Гц. Из этих значений констант следует, что
протон при ацетальном атоме С2 имеет аксиальную ориентацию,
следовательно, О-изо-бутильный заместитель – экваториальную. Исходя из
этого, при известных конфигурациях атомов С4 и С7, образующийся оптически
активный центр имеет S-конфигурацию. При любых конформационных
переходах оксепанового цикла взаимная ориентация и конфигурации трех
оптически активных центров не меняются. Об образовании единственного
эпимера (2) свидетельствует отсутствие удвоенных сигналов рацемического
атома С2, хорошо различимого в спектрах ЯМР.
94
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
J=5.4 Гц (Ha-He)
Ha
Ha
He
7
He
Ha
O1
He
6
2
4
5
Ha
J=8.9 Гц (Ha-Ha)
3
Ha
OBui
Ha
Нами предлагается вероятная схема образования ацеталя (2) на основе
данных спектральных исследований реакционной смеси непосредственно
после добавления 2-х эквивалентов ДИБАГ к ментолактону (1). В углеродном
спектре алюминийорганического соединения имеются заметные слабопольные
по сравнению с ацеталем (2) смещения сигналов атомов С2 и С7, связанных с
атомами кислорода, соответственно на +7 и +3 м.д., которые свидетельствуют
о том, что в комплексообразовании с ДИБАГ участвуют оба атома кислорода с
образованием
промежуточного
(А).
Существование
последнего
подтверждается наличием уширенного дублетного сигнала 130.63 м.д.,
который можно отнести к sp2-гибридизованному атому С2–фрагмента с Остабилизированным енолят-анионом. Последующее превращение комплекса
(А) в ацеталь (2) проходит, вероятно, через состояние (B) (слабые сигналы
изобутилена, образующегося, по-видимому, из-за стерических затруднений в
комплексе (А), регистрируются при 110.69, 142.27, и 25.99 м.д.). Изобутилен,
активированный алюминийпроизводными как кислотами Льюиса, выступает
как алкилирующий агент, приводя к алюминату (С), гидролиз которого ведет к
целевому ацеталю (2):
H
1
4
i
2 eq Bu 2AlH
H
3
H
O
5
O
2
O
6
o
CH2Cl2, -70 C
1
7


O
Al
Bui
H
Bui
H
H
O
H
Bui
H
Al

Al
H
Al
Bui
H
B
А
O
Al
O
H
Al
H
Al
O
Al
H
O
Al
O
H
O
i
Al
H
HOH
O
Bui
Bu
2
Al
Bui
С
Известно, что ацетали в избытке другого спирта в присутствии кислот
95
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
способны переалкилироваться [3]. Нами это продемонстрировано на примерах
получения оптически чистых метилового (4) и этилового (5) производных
ментолактола.
Синтез
осуществлен
последовательной
обработкой
ментолактона (1) при -70 ºС двухкратным мольным количеством ДИБАГ и
соответствующими абсолютными спиртами, насыщенными газообразным HCl.
При использовании менее активного изопропилового спирта в
вышеописанных условиях образуется смесь (~1:1) изо-пропилового (6) и изобутилового (2) ацеталей, что доказывает протекание реакции О-алкилирования
через промежуточное изо-бутильное производное (2).
O
O
i
o
1. 2 eq Bu 2AlH, CH2Cl2, -70 C
O
2. ROH / HCl
O
R=Me (4); Et (5)
1
1
R
1. 2 eq Bui2AlH, CH2Cl2, -70oC
2. PriOH / HCl
O
+
O
O
6
O
2
Таким образом, нами обнаружено необычное превращение алюмината,
полученного действием двухкратного мольного количества ДИБАГ на (-)ментолактон (1), в оптически чистый О-изобутильный ацеталь ментолактола
(2).
Список литературы
1. Толстиков Г.А. Алюминийорганический синтез / Г.А. Толстиков,
В.П.
Юрьев. – М.: Наука, 1979. – С. 292.
2. Ишмуратов Г.Ю., Яковлева М.П., Ганиева В.А., Муслухов Р.Р.,
Толстиков
Г.А. // Химия природ. соедин. – 2005. – № 1 . – С. 33.
3. Общ. орг. Химия / Под ред. Д. Бартона и У.Д. Оллиса. Т. 11; Липиды,
углеводы, макпромолекулы, биосинтез: Пер. с англ. / Под ред. Е. Хаслама /
Под ред. Н.К. Кочеткова. – М.: Химия, 1986. – 736 с.
96
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
УДК 541.64.057, 66.095.264.3
Э.Н. АБДУЛОВА, Э.Р. ГИЗЗАТОВА
Башкирский государственный университет (г. Уфа)
О РЕШЕНИИ ПРЯМОЙ КИНЕТИЧЕСКОЙ ЗАДАЧИ ДЛЯ ПРОЦЕССА
ПОЛИМЕРИЗАЦИИ ДИЕНОВ С УЧЕТОМ НЕПОСТОЯНСТВА
КОНЦЕНТРАЦИЙ АКТИВНЫХ ЦЕНТРОВ
В работе рассматривается процесс полимеризации диенов на титановых
каталитических системах с учетом динамики активных центров. Для простоты
изложения предположим существование в системе двух типов активных
центров, в этом случае кинетическая схема включает пять стадий [1].
Математически модель описывается системой из бесконечного числа
дифференциальных уравнений, каждое из которых характеризует скорость
изменения концентрации реагента во времени:


2
d[M ]
 [ M ]   k pj  k mj C aj
dt
j 1
2
d [ A]
 [ A]   k Alj C aj
dt
j 1



dP1 j
 k pj P1 j [ M ]  k mj [ M ]  k Alj [ A]  Pi j  (1) j (k t1 P11  k t2 P12 ), j  1,2
dt
i 2

 
(1)

dPi j
 k pj [ M ] Pi j1  Pi j  k mj [ M ]  k Alj [ A] Pi j  (1) j (k t1 Pi1  k t2 Pi 2 ), i  2,3,...
dt
2
dQ1
  k mj [ M ]  k Alj [ A] P1 j , j  1,2
dt
j 1




2
dQi
  k mj [ M ]  k Alj [ A] Pi j , i  2,3,...
dt
j 1
Начальные данные для системы (1):
C m ( 0 ) = M ( 0 ) , C Al ( 0 ) = A ( 0 ) , P1 j ( 0 ) = C aj ,
(2)
Q1 ( 0 ) = 0 , Pi j ( 0 ) = Qi ( 0 ) = 0 , j = 1,2 , i = 2 ,3,...
Прямая кинетическая задача заключается в определении концентрации
«живых» и «мертвых» полимерных цепей на основании известной
кинетической схемы, значений констант скоростей реакций переходов АЦ,
роста цепи, передачи на мономер и АОС, начальных концентраций АЦ,
мономера и АОС.
Математически прямая задача заключается в решении системы
дифференциальных уравнений (1) с начальными данными (2), то есть
получении функций распределения концентраций реакционных компонентов
и, соответственно, построении ММР.
Применяя метод моментов [2], получим систему с конечным числом
уравнений:
97
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»


2
d[M ]
 [ M ]   k pj  k mj C aj
dt
j 1
2
d [ A]
 [ A]   k Alj C aj
dt
j 1


dP1 j
 k pj P1 j [ M ]  k mj [ M ]  k Alj [ A]  0j  (1) j (k t1 P11  k t2 P12 ), j  1,2
dt
2
dQ1
  k mj [ M ]  k Alj [ A] P1 j
dt
j 1


d
 k pj P1 j [ M ]  k mj [ M ]  k Alj [ A]  0j  (1) j (k t1  01  k t2  02 )
dt
j
0

(3)

d1j
 k pj [ M ](P1 j  1j )  (k mj [ M ]  k Alj [ A])1j  ( 1) j (k t1 11  k t2 12 )
dt
d 2j
 k pj [ M ](4 P1 j  2 1j   0j )  (k mj [ M ]  k Alj [ A]) 2j  (1) j (k t1  21  k t2  22 )
dt
n
d k
  k mj [ M ]  k Alj [ A] kj , k  0,2
dt
j 1
Вид начальных данных для системы (3):
Cm ( 0 ) = M ( 0 ) , C Al ( 0 ) = A( 0 ) , P1 j ( 0 ) = Caj ,
(4)
Q1 ( 0 ) = 0 , μkj ( 0 ) = λk ( 0 ) = 0 , j = 1,2 , k = 0 ,2
Определить концентрации АЦ можно путем решения следующей
системы дифференциальных уравнений:
dС а1
= k t1 С а1 + k t2 С а2
dt
dС а2
= k t2 С а2 + k t1 С а1
dt
(5)
Решив уравнения (5), получим функции для расчета концентраций АЦ:
1
kt1Ca1 - kt2 Ca2
ln(
)=t
kt1
kt2 Ca2
Ca1 ( t ) = (
1
kt1Ca1 - kt2 Ca2
ln(
)=t
kt2
kt2 Ca2
k t1Ca1
1
2
Ca ( t ) = ( 2 )( e kt t + 1 )
kt
k t2 Ca2
2
)( e kt t + 1 )
1
kt
(6)
Был создан алгоритм и составлена программа для построения ММР с
учетом изменения концентраций активных центров в ходе процесса
полимеризации. На рисунке представлен результат модельного расчета.
Хорошо виден сдвиг кривой ММР в зависимости от значений констант
перехода. Характерные два горба кривой сливаются в один, и кривая ММР
смещается в сторону низкомолекулярных или высокомолекулярных масс при
увеличении соответствующих констант реакций перехода.
98
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. Изменение вида кривых ММР
Таким образом, предложена методика решения прямой задачи для
полимеризации диенов на титансодержащих каталитических системах с
учетом кинетической неоднородности и непостоянства концентраций АЦ. Она
позволяет оценить влияние стадий перехода на кинетику процесса, а именно
на вид и характер кривой молекулярно-массового распределения.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда
фундаментальных исследований (№ проекта 06-03-32240) и Фонда поддержки
ведущих научных школ (НШ-9342.2006.3).
Список литературы
1. Абдулова Э.Н., Максютова Э.Р. // Инновации и перспективы сервиса: III
Междунар. науч.-техн. конф. – Уфа, 2006. – С. 187-191.
2. Подвальный
С.Л.
Моделирование
промышленных
процессов
полимеризации / С.Л. Подвальный. – М.: Химия, 1979. – 350 с.
99
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
УДК 665.753.3
М.M. АРСЛАНОВ, А.А. ГИЗЗАТОВ, Ю.А. МИКЛЮЧЕВ, М.Н. РАХИМОВ,
О.А. БАУЛИН
Уфимский государственный нефтяной технический университет (г. Уфа)
ФЛОТАЦИОННЫЙ ПРОЦЕСС ОБОГАЩЕНИЯ УГЛЯ
Угли являются одним из важнейших видов топливно-энергетического
сырья. Наряду с нефтью и газом их добыча во всем мире ежегодно возрастает.
Запасы угля, которые экономически целесообразно разрабатывать, очень
велики (они во много раз превышают запасы нефти и газа), и в будущем уголь
может сыграть главную роль в решении проблемы удовлетворения растущей
потребности в энергии.
Основными потребителями угля в нашей стране являются тепловые
электростанции, черная металлургия, котельные и коммунальные хозяйства и
другие потребители (заводы полукоксования, установки по производству
электродных наполнителей, адсорбентов и др.).
Единственным эффективным методом обогащения мелких классов
шлама и пыли каменных углей является флотационный процесс (флотация).
Он заключается в разделении компонентов измельченного полезного
ископаемого на основе различной способности их удерживаться на границе
раздела фаз. Отделяемые частицы при этом всплывают или отделяются другим
способом вместе с фазой, к которой они прилипли. Флотация ведется в водной
среде (первая фаза), другой фазой является воздух или иной газ, значительно
реже – масло.
Широкое промышленное развитие флотации углей обусловлено рядом
причин:
значительным
увеличением
масштабов
углеобогащения,
усиливающейся необходимостью использования для выжига кокса мелких
классов углей и, главное, резким возрастанием содержания таких классов в
добываемых углях (вследствие механизации их добычи). Кроме того, при
насыщении особо труднообогатимых углей для разделения сростков
приходится довольно мелко их дробить, что дополнительно увеличивается
количество мелких фракций угля. Общее количество класса крупностью менее
0,5 мм в добываемых каменных углях при этом достигает 20-25 %.
Наиболее эффективным для народного хозяйства является обогащение
коксующихся углей. С одной стороны, увеличение зольности кокса,
полученного из таких углей, на 1 % влечет за собой повышение его расхода
при сгорании на 2-2,5 %; примерно настолько же снижается
производительность доменных печей. С другой стороны, при чрезмерно
глубоком обогащении угля увеличиваются потери горючей массы с отходами,
а также стоимость процесса. Попутно с уменьшением зольности концентрата
снижается содержание в нем серы и фосфора, являющихся вредными
примесями при доменной плавке.
100
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
С уменьшением зольности энергетических углей увеличивается теплота
их сгорания и КПД паровых котлов. Особо выгодно обогащать энергетические
угли в тех случаях, когда они сжигаются в слоевых топках, а также при
дальней транспортировке. В случаях сжигания углей в пылевидном состоянии
их механическое обогащение часто оказывается нерентабельным.
Основными реагентами в процессе флотации являются реагентсобиратель и реагент-вспениватель. На углеобогатительных комбинатах в
качестве этих реагентов в основном используют дизельное топливо (ДТ) и
кубовый остаток при производстве бутиловых спиртов (КОБС).
Использование товарного ДТ в качестве собирателя приводит к удорожанию
процесса флотации.
Нами были проведены сравнительные исследования флотирующей
способности тяжелого полимердистиллята (ТПД), ДТ и гидрированной
фракции смолы пиролиза (ГФСП)
Таблица
Материальный баланс флотации
Содержание
реагента в ДТ
Реагент ГФСП
0
10
25
50
75
100
Реагент ТПД
0
10
25
50
75
100
Зольность 1-го
концентрата, %
Зольность 2-го
концентрата, %
Извлечение
горючей массы в
концентрат, %
5,0
5,5
5,8
7,0
3,0
2,8
3,0
3,2
3,1
3,8
2,1
1,6
70,54
80,90
90,17
93,80
72,95
73,14
5,0
4,6
4,4
3,6
3,1
2,7
3,0
2,9
2,9
3,0
2,1
1,5
70,54
67,12
88,92
94,14
92,23
93,86
Как видно из таблицы 1 при использовании в качестве реагентавспенивателя ГФСП и ТПД максимальное извлечение горючей массы (93,80 и
94,14 %) соответствует содержанию реагента 50 %. При этом меньшее
содержание зольных компонентов наблюдается у концентратов, полученных
при использовании ТПД в качестве реагента-собирателя.
Минимальные значения зольности в обоих случаях наблюдаются при
использовании в качестве собирателей реагентов с минимальным содержанием
ДТ.
101
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В результате проведенных исследований, с учетом значительно более
низкой себестоимости предлагаемых реагентов-собирателей относительно
товарного ДТ, считаем целесообразным использование этих продуктов в
качестве флотореагента на углеобогатительные комбинаты.
УДК 62-52 : 621.317.33
В.С. БАТАЛОВ
Уфимская государственная академия экономики и сервиса (г. Уфа)
ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ И УПРАВЛЯЮЩАЯ СИСТЕМА
ДРЕНИРОВАНИЯ МНОГОФАЗНЫХ СРЕД НА УСТАНОВКАХ
ПОДГОТОВКИ НЕФТИ
Разработка и эксплуатация современных систем нефтедобычи и
промысловой подготовки нефти может выполняться только в условиях
основополагающих принципов охраны окружающей среды [1]. При этом
функционирование технологического оборудования систем должно отвечать
высоким показателям надежности, например, установки подготовки нефти
(УПН) [1, 2]. Для предотвращения аварийных ситуаций в работе УПН
необходимо использовать высокоинформативные системы сбора, приемопередачи и обработки информации [3]. Поэтому проблема создания
высокоэффективной управляющей информационно-измерительной системы
(УИИС) является актуальной.
На основании указанных требований разработка высоконадежной
структуры УИИС для УПН должна отвечать следующим основным
принципам: 1) совместимости режимов функционирования: 2) модульности
структуры; 3) резервируемости каналов; 4) информативности и
быстродействия.
Принцип совместимости УИИС реализуется в условиях независимого
выполнения режимов измерения, управления и сигнализации параметров
технологических объектов. Поэтому основой УИИС являются цифровые
каналы связи с гальванической развязкой приемных и передающих пунктов
[4].
Принцип
модульности
структуры
УИИС
обеспечивает
функционирование автономных контуров регулирования УПН. Поэтому
составные модули УИИС обеспечивают интеграцию не только раздельных
контуров регулирования одной УПН, но и совокупность последних в масштабе
нефтепромысла на основе децентрализованной структуры промышленных
сетей [5].
Выполнение принципа резервируемости связано с необходимостью
бесперебойного и непрерывного режима функционирования технологических
циклов на УПН. Поэтому структура УИИС должна обеспечивать диагностику
102
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
составных каналов, а также используемого технологического оборудования
[6].
Для получения показателей информативности и быстродействия
применяется оценка применимо к анализу наиболее достоверного результата
термометрии
процессов
дренирования
исходных
многофазных
и
многокомпонентных нефтяных продукций [7]. При этом интервал времени
преобразования Т находится в зависимости от второй производной
градуировочной функции канала термометрии УИИС от времени Х(t):
 (t ) ,
T  8  / X max
(1)
где  - суммарная погрешность измерительного канала.
При этом необходимое количество информации рассматриваемого
измерительного канала определяется в следующей зависимости:
I  log 2 100 / 2   1.
(2)
На основании заданных значений Х(t) = 104 Гц/с2 и  = 0,4 %,
значение частоты опроса каждого датчика по формуле (1) определяется
величиной Fоп = 1/Т = 9,8 Гц., а количество информации определяется по
формуле (2) величиной I = 8 дв. ед на символ, оперирующих при обработке
цифровых информационных сигналов. При максимальной величине скорости
опроса группы датчиков Fмакс. = 150 Гц можно определить максимальное
число измерительных каналов n = Fмакс. / Fоп  15  nдопустим.= 12
датчиков.
Исходя из перечисленных требований, была разработана УИИС на
основе унифицированного измерительного модуля, блок-схема которого
приведена на рисунке.
Рис. Блок-схема унифицированного измерительного модуля УИИС
103
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Из приведенной схемы следует, что основой модуля является
микроконтроллер типа MSP430F1611 производства фирмы Texas Instruments.
В состав структуры микроконтроллера входят следующие функциональные
блоки: RISC CPU (16 разрядов); Модуль JTAG отладки; Сторожевой таймер
(15/16 bit); Flash – ПЗУ (32kb); ОЗУ (1kb); АЦП (12bit, 8 channels); ЦАП (12bit,
2channels); Периферийные порты ввода/вывода (P1-P6); компаратор; USART
mode, I2C, SPI.
К основным характеристикам этого микроконтроллера относятся: 1)
напряжение питания: 1,8-3,6 В; 2) активный режим потребления тока 280 мкА
(f = 1 мГц, U = 2,2 В); 3) пять режимов снижения энергопотребления;
дежурный режим 1,1 мкА; 4) 16-ти разрядная RISC-архитектура; 5) 12-ти
разрядные ЦАП и АЦП; 6) 16-ти разрядный таймер и встроенный компаратор;
7) последовательный коммуникационный интерфейс и пр.
Аналоговые сигналы, полученные в результате работы датчиков 1 … 5,
преобразуются блоком входных преобразователей до вида, необходимого для
нормальной работы АЦП микроконтроллера. Информацию, обработанную в
микроконтроллере можно вывести на жидкокристаллический алфавитноцифровой 8-ми разрядный ЖК-модуль (ЖКМ) PC-0802-L фирмы Powertip c
параметрами (Vin = -0.3, Vdd = +0.3,T = -20 до + 70).
С помощью клавиатуры и ЖКМ производятся настройки программы
функционирования прибора (установка таймеров, часов реального времени,
параметров протокола обмена данными, критических уровней показаний
датчиков и так далее). Такую информацию намного быстрее можно перевести
в микроконтроллер с помощью компьютера, подключаемого к COM-порту. По
интерфейсу RS-232 измеритель связывается с каналообразующей аппаратурой
для обмена данными с пунктом сбора информации (центральным
диспетчерским пультом – ЦДП).
Алгоритм обмена информацией между измерительным модулем и ЦДП
происходит с помощью протокола, принципы функционирования которого
зависят от количества измерительных модулей в сети, предназначения
системы, оперативности представления данных и др. Существует возможность
конфигурирования
параметров
управляющей
программы
и
по
информационному каналу непосредственно с ЦДП.
В соответствии разработанной схеме УИИС УПН был создан алгоритм
его функционирования, а на основании алгоритма был разработан листинг
рабочей
программы
(на
Ассемблере)
для
программирования
микроконтроллера. При проведении испытаний получены положительные
результаты функционирования микропроцессорной УИИС. Универсальная
структура УИИС обеспечивает комплексирование в своем составе
разнородные типы датчиков.
104
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Список литературы
1. Фатхутдинов А.Ш. Автоматизированный учет нефти и
нефтепродуктов при добыче, транспорте и переработке / А.Ш. Фатхутдинов,
М.А. Слепян, Н.И. Ханов и др. – М.: Недра, 2002. – 417 с.
2. Пергушев Л.П. Как улучшить подготовку нефти без
крупномасштабной реконструкции установки // Нефтяное хозяйство. – № 12. –
2002. – С. 104-105.
3. Баталов В.С. Способ автоматического регулирования процесса
дренирования многофазных сред из отстойных аппаратов / Положительное
решение по заявке на изобретение № 2007118331/20 от 05.10.07 г.
4. Баталов В.С., Яхин Р.Р. Моделирование цифрового канала связи для
обработки сигналов датчиков // Информационные технологии и
математическое моделирование: III Всероссийская научно-практическая
конференция. – Филиал Кемеровского гос. ун-та в г. Анжеро-Судженске. 12
декабря 2004 г.
5. Баталов В.С. Особенности создания корпоративных информационных
систем // Информационные технологии и математическое моделирование: III
Всероссийская научно-практическая конференция. – Филиал Кемеровского
гос. ун-та в г. Анжеро-Судженске. 20 ноября 2005г.
6. Баталов В.С. Разработка портативных аналоговых и цифровых систем
защиты и автоматики. – М.: ВИНИТИ РАН. 2007. – 28 с. №240-В2007 от
12.03.2007 г.
7. Баталов В.С., Яхин Р.Р. Модель количественной оценки
информативности управляемых технических систем // Качество образования:
теория и практика: Всероссийская научно-практическая конференция. Ч. 1. –
Томск: НТЛ, 2004.
УДК 547.87 + 546.221.1 + 547.711
Р.А. ВАГАПОВ, Т.В. ТЮМКИНА, Г.Р. НАДЫРГУЛОВА, Е.Б. РАХИМОВА,
В.Р. АХМЕТОВА, Р.В. КУНАКОВА
Институт нефтехимии и катализа Российской академии наук (г. Уфа)
Уфимская государственная академия экономики и сервиса (г. Уфа)
АЛИФАТИЧЕСКИЕ ДИАМИНЫ В СИНТЕЗЕ 3-ТИА-1,5ДИАЗАБИЦИКЛАНОВ, 1,3,5-ДИТИАЗИНАНОВ И N,SМАКРОГЕТЕРОЦИКЛОВ
В последнее время возрос интерес к однореакторному (one-pot) синтезу
гетероциклов с использованием методологии каскадной гетероциклизации1,2. К
числу подобных методов относится многокомпонентная конденсация
первичных аминов с сероводородом и формальдегидом, приводящая к
105
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
образованию 1,3,5-дитиазинанов3-6, а также полициклических систем,
включающих фрагменты тиадиазинана7 и N,S-содержащие гетероциклы.
Подобные гетероциклы могут использоваться в качестве сорбентов и
экстрагентов драгоценных металлов3, антибактериальных, противомикробных,
фунгицидных, акарицидных, инсектицидных и антивирусных препаратов 8-12.
Недавно в нашей лаборатории разработан удобный, регио- и
стереоселективный способ синтеза новых 3-тиа-1,5-диазабицикланов и бис1,3,5-дитиазинанов циклотиометилированием алифатических α,ω-диаминов с
CH2O
H2S12,13.
В
продолжении
наших
исследований
реакции
циклотиометилирования в данной работе будут представлены новые данные
по гетероциклизации α,ω-диаминов с алифатическими альдегидами RCHO
(R=CH3, n-C2H5, n-C3H7, n-C4H9, n-C5H11, n-C6H13) и влияние структуры
алифатических альдегидов и α,ω-диаминов на регио- и стереоселективность
процесса циклотиометилирования.
Конденсациeй 1,2-диаминоэтана с альдегидами RCHO (R=-СН3, CH2СН3, -(CH2)2СН3, -(CH2)3СН3, -(CH2)4СН3) и H2S взятых в соотношении
1:6:4 при 40°С получены симметричные бис-2,4,6-триалкил-1,3,5-дитиазинаны,
выход которых уменьшается с увеличением алкильной цепи альдегидов. На
основании данных РСА определена конформация соединений как «кресло» со
всеми экваториально расположенными заместителями.
S
S
N
R2
R2
R2
R2
R2
N
S
R2
4а-e
R2
S
RСНO + H2S
H2N
1:6:4, 40oC
1а
NH2
RСНO + H2S
1:3:2, 0oC
R2
S
R2
N
N
2a-e + 3a-e
R =-Н (2а), -СН3 (2б), -СН2СН3 (2в),
-(СН2)2СН3 (2г), -(СН2)3СН3 (2д)
-(СН2)4СН3 (2e)
R =-Н, (4а), -СН3 (4б), -СН2СН3 (4в),
-(СН2)2СН3 (4г), -(СН2)3СН3 (4д)
-(СН2)4СН3 (4e)
При уменьшении температуры до 0ºС и соотношения 1,2диаминоэтан:альдегид:H2S до 1:3:2 привело к образованию 2,4,8-триалкил-3тиа-1,5-диазабицикло[3.2.1]октанов, выход которых увеличивается с
увеличением алкильной цепи альдегидов. На основании данных двумерных
спектров гетероядерной корреляции ЯМР 1Н 13С определена конформация
тиадиазабицикланов
как
2,4-цис-8-анти-триалкил-3-тиа-1,5диазабицикло[3.2.1]октанов.
Циклотиоалкилированием алифатических α,ω-диаминов (в ряду от 1,2этан- до 1,9-нонандиаминов) с альдегидами RCHO (R=-СН3, -CH2СН3) и H2S
в соотношении 1:6:4 и температуре 40ºС получены бис-2,4,6-триалкил-1,3,5дитиазинаны.
106
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
H2N
n
NH2
1:6:4,
S
40oC
+ СН3СНO + H2S
R
1а-д
R
S
N
S
R
n
R
R
R
N
S
4а-д
n = 1-8
R= -Н (4а,б,в,г,д,е,ж,з),
-CH3 (5а,б,в,г,д,е,ж,з),
-CH2CH3 (6а,б,в,г,д,е,ж,з)
Структура соединений 4б,в, 5в, 6а,в,д были установлены с помощью
РСА.
4б
4в
6а
6в
5в
6д
Список литературы
1. Литвинов В.П. Успехи химии / В.П. Литвинов. – 2003. – С. 72, 75.
2. Литвинов В.П. Химия тиенопиридинов и родственных систем /
В.П. Литвинов, В.В. Доценко, С.Г. Кривоколыско. – М.: Наука, 2006. – 405 с.
3. Fr. Pat. 1963, 1,341,792; Chem. Abstr. 1964. V.60. № 5. Р. 398
4. Патент РФ № 2160233; Б.И., 2000, № 34) (Патент РФ № 2206726; Б.И., 2003,
№ 17
5. Fernandez, M.J., Huertas, R., Galvez, E., Server-Carrio, J., Martinez Ripoll, M.,
Orjales, A., Berisa, A., Labeaga, L., J. Molecular Structure 1995, 127-135.
6. Marstokk K.M., Mollendal H.J. Mol. Struct. 1987. Vol 49, P 221-237.
7. Abraham R.J., Hudson B.D., J.Chem. Soc. Perkin Trans Part II, 1986, № 10
Р1635-1640
8. Brit.1963,943,273;Chem.Abstr. 1964.V.60.№ 5.P.398.
9. Japan.1979,16E483;РЖХ.1980. 90335П.
10.Stillings M.R.,Welbourn A.P.,Walter D.J.// Med. Chem.1986.29.Р.2280-2284.
11.Kidwai M., Negi N., Chaudhary S.R.// Acta Pharma. 1995. 45.Р.511.
12.US Pat. 1981, 4,246,126; Chem. Abstr.- 1981.- 94.- 142505h.
107
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
13.В.Р. Ахметова, Р.А.Вагапов, Г.Р. Надыргулова, Р.В. Кунакова,
У.М. Джемилев. ЖорХ. 2007, 6. С. – 940-941.
14.V.R. Akhmetova, R.A. Vagapov, G.N. Nadyrgulova, T.V. Tyumkina, Z.A.
Starikova, M.Y. Antipin, R.V. R.V. Kunakova, U.M. Dzhemilev. Tetrahedron, 2007
Volume 63, Issue 47, P. 11702-11709.
УДК 622.32 (091) (470+571)
Р.С. Бахтиярова, А.С. Беляева, С.С. Злотский
Уфимская государственная академия экономики и сервиса (г. Уфа)
СТАНОВЛЕНИЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА ПО
УВЕЛИЧЕНИЮ НЕФТЕОТДАЧИ ПЛАСТОВ В РЕСПУБЛИКЕ
БАШКОРТОСТАН
Как известно, после 1980 г. многие крупнейшие месторождения
переходят в позднюю стадию разработки, уровень добычи нефти у них
неуклонно падает. Основной причиной является истощение промышленных
запасов нефти по крупнейшим и уникальным месторождениям, ухудшение
структуры сырьевой базы отрасли. Объемы добычи нефти зависят от многих
условий, одним из которых является совершенствование методов и технологии
разработки месторождений с трудноизвлекаемыми запасами нефти и широкое
внедрение новых технологий и методов повышения нефтеотдачи.
В целях ускорения создания высокоэффективных методов
повышения нефтеотдачи пластов, подготовки их к промышленному
испытанию и широкому внедрению, указом Министерства нефтяной
промышленности № 464 от 05.08.1985 [1] создано в непосредственном
подчинении Миннефтепрома Научно-производственное объединение (НПО)
по геолого-физическим методам повышения нефтеотдачи пластов
«Союзнефтеотдача» с местонахождением в г. Уфе, в качестве единого научнопроизводственного и хозяйственного комплекса с включением в его состав в
качестве головной структурной единицы институт «БашНИПИнефть».
Генеральным директором НПО «Союзнефтеотдача» был назначен
Галлямов Мунир Нафикович [2].
Основной
задачей
научно-производственного
объединения
«Союзнефтеотдача» являлось ускорение научно-технического прогресса в
нефтяной промышленности на основе применения геолого-физических
методов повышения нефтеотдачи пластов (воздействием газом высокого
давления и углеводородными растворителями, двуокисью углерода,
растворами поверхностно-активных веществ, физическими методами) и
выполнение научно-исследовательских и проектно-изыскательских работ в
устанавливаемых для объединения «Башнефть» объемах [2].
108
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
На объединение «Союзнефтеотдача» были возложены следующие задачи
[3]:
1. Научно-теоретическое обоснование и создание техники и технологии
разработки месторождений с применением геолого-физических методов
повышения нефтеотдачи пластов.
2. Проведение опытно-промышленных работ и добычи нефти с
применением
указанных
методов
на
закрепленных
за
научнопроизводственным объединением месторождениях для обработки технологии
их применения.
3. Составление проектов разработки, технологических схем, техникоэкономических обоснований и проектно-сметной документации на
строительство скважин и объектов обустройства нефтяных месторождений с
применением геолого-физических методов повышения нефтеотдачи пластов.
4. Разработка научно-технических прогнозов, планов и программ
решения основных научно-технических проблем, направленных на повышение
технико-экономических показателей добычи нефти с применением геологофизических методов повышения нефтеотдачи пластов.
5. Научно-методическое обеспечение и осуществление авторского
надзора за промышленным внедрением геолого-физических методов
повышения нефтеотдачи пластов на месторождениях отрасли.
6. Оказание производственным объединениям необходимой помощи в
повышении квалификации рабочих, инженерно-технических и руководящих
работников, осваивающих и внедряющих результаты научных исследований и
технических разработок объединения в области геолого-физических методов
повышения нефтеотдачи пластов.
7. Координация научно-исследовательских работ по проблеме геологофизических методов повышения нефтеотдачи пластов.
На основании Постановления ЦК КПСС и СМ СССР от 12 декабря 1985
года № 1230, приказом Миннефтепрома № 9 от 03.01.1986 г. [4] в целях
усиления научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в
нефтяной и газовой промышленности с 1 января 1986 г. был создан
Всесоюзный научно-исследовательский институт по повышению нефтеотдачи
пластов (ВНИИ Нефтеотдача) в качестве головной структурной единицы НПО
«Союзнефтеотдача» c местонахождением в г. Уфе [5], на базе отдельных
подразделений института «БашНИПИнефть». В соответствии с приказом
Министерства нефтяной промышленности от 2 января 1986 года № I/К [6]
приступил к исполнению обязанностей генерального директора НПО
«Союзнефтеотдача» директор Всесоюзного научно-исследовательского
института по повышению нефтеотдачи пластов (ВНИИ Нефтеотдача)
Фазлутдинов Ким Саитгареевич.
Перед институтом, согласно Уставу объединения «Союзнефтеотдача» от
16.05.1986 г. [7], были поставлены следующие задачи [8]:
109
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1. Ускорение
научно-технического
прогресса
в
нефтяной
промышленности на основе применения геолого-физических методов
повышения нефтеотдачи пластов;
2. Научно-техническое обоснование и создание техники и технологии
разработки месторождений с применением геолого-физических методов
повышения нефтеотдачи пластов;
3. Проведение опытно-промышленных работ и добыча нефти с
применением
указанных
методов
на
закрепленных
за
научнопроизводственным объединением месторождениях и экспериментальных
участках для обработки технологии их применения;
4. Координация научно-исследовательских работ по проблеме геологофизических методов повышения нефтеотдачи пластов;
5. Обеспечение выполнения силами структурных единиц и предприятий,
входящих в состав объединения, выполнения плана добычи нефти и газа;
6. Обеспечение выполнения заключенных договоров на поставку нефти и
газа, экономическая ответственность за невыполнение договорных
обязательств;
7. Обеспечение надежного энергоснабжения предприятий и структурных
единиц, входящих в состав объединения;
8. Ведение сотрудничества с зарубежными партнерами на основе
хозяйственного договора.
Список литературы
1. ЦГИА Р-5090, 1-т, ед.хр.1, стр. 1
2. ЦГИА Р-5090, 1-т, ед.хр.1, стр. 2
3. ЦГИА Р-5090, 1-т, ед.хр.1. стр. 3
4. ЦГИА Р-5090, 1-т, ед.хр.1. стр. 6
5. ЦГИА Р-5090, 1-т, ед.хр.3. стр. 20
6. ЦГИА Р-5090, 1-т, ед.хр.20, стр. 1
7. ЦГИА Р-5090, 1-т, ед.хр.1. стр. 9
8. ЦГИА Р-5090, 1-т, ед.хр.1. стр. 10
110
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
УДК 673.182
Р.Г. ГАБДУЛЬМЕНОВ, С.П. ЛОМАКИН, Р.Р. ХАБИБУЛЛИН,
Э.С. ФИЛАТОВА, О.С. ДАЛЬНОВА
Уфимская государственная академия экономики и сервиса (г. Уфа)
НОВЫЕ S-N СОДЕРЖАЩИЕ СОРБЕНТЫ ПОЛИКОНДЕНСАЦИОННОГО
ТИПА ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ И КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ МЕТАЛЛОВ
Синтезирован ряд новых сера-азот содержащих сорбентов путем
тиометилирования гидролизатов реконституционных склеропротеинов.
Сорбенты опробованы при извлечении и концентрировании тяжелых металлов
в присутствии макрокомпонентов минерального и вторичного сырья для их
последующего определения атомно-спектральными методами.
Изучены их свойства в зависимости от состава, числа
комплексообразующих групп, состава растворителей концентрации, природы
присутствующих компонентов, температуры среды и время сорбции.
Полученные данные представлены в таблице.
Таблица
Кинетика извлечения ионов меди в зависимости от времени процесса,
температуры и рН среды.
Марка
Время t (мин.), степень извлечения, %
сорбента
1
3
5
10
15
20
30
45
60
ЭДАко
68
74
74
78
80,2 85,05 85,0
91
91
(рН = 4)
ЭДАко
71
71
71
83
84,9 84,9 84,9
86
86
(рН = 1)
ЭДАко
64
82
93
93
93
93
93
93
93
(Т = 0)
ЭДАс
43
43
64
67
73
89,9
100
100
100
ПЭПАк
(рН = 1)
82
82
82
81,8
82
82
82
82
82
Установлена емкость сорбентов, так емкость сорбента «Эдако»
(элементный состав: S – 29,4 %,; N – 11,9 %; С – 4,2 %; Н – 7,36 %) составляет
0,5 г Сu на 1 грамм сорбента. Также рассмотрена возможность применения
тиометелированных склеропротеинов для извлечения металлов из стоков
гальванических производств. Изучен процесс извлечения Ni, Cu, Cr из
модельных растворов.
111
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
УДК 665.753.3
И.Г. ГАРИФУЛЛИНА, Д.З. САДРТИНОВА, М.Н. РАХИМОВ, О.А. БАУЛИН
Уфимский государственный нефтяной технический университет (г. Уфа)
СМАЗОЧНЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СКОБЫ
ДЛЯ СТРОИТЕЛЬНОГО СТЕПЛЕРА
В последние годы, с одной стороны, наблюдается бурное развитие
существующих, появление новых процессов и технологий. С другой,
происходит ужесточение требований, как к процессам, так и к качеству
готовой продукции. Все это обусловило рост потребления материалов,
которые обеспечивают функционирование данного процесса, отвечающих
современным требованиям.
Белорецкий металлургический комбинат, например, начал осуществлять
производство ленты для строительных степлеров. Технологический процесс
состоит из следующих основных стадий:
- электрохимическая очистка проволоки;
- покрытие ее поверхности цинком;
- смазывание
оцинкованной
поверхности
и
ее
деформация
(сплющивание) в прокатных валах;
- склеивание 125 параллельных проволок в единую ленту;
- просушивание готовой ленты.
Блок-схема процесса приведена на рисунке.
Блок №1
очистки
Проволока
Блок №2
оцинковки
Блок №3
смазки
Блок
№4
склеивания
Блок №5
осушки
Лента
смазка
Рис. Блок-схема процесса
Нами были проведены исследования по разработке смазывающего
материала, используемого в блоке № 3. Смазывающий материал должен
обладать хорошими смазывающими свойствами, не снижать абсорбцию клея к
оцинкованной металлической поверхности, испаряться в блоке № 5 при
осушке. Помимо этого, смазочный материал должен быть безвредным для
организма человека, иметь невысокую стоимость.
При разработке смазочного материала были выделены три основных его
компонента: базовый растворитель, добавка, улучшающая трибологические
характеристики смазки, добавка, повышающая абсорбцию клея к поверхности
проволоки.
В качестве смазывающей добавки был использован побочный продукт
нефтехимического производства. Он представляет собой смесь различных
112
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
кислородсодержащих соединений (спирты, кислоты, эфиры). Добавка,
повышающая абсорбцию клея к поверхности проволоки, представляет собой
технический продукт нефтепереработки с повышенным содержанием
ароматических углеводородов.
Исследования смазывающей способности малосернистого ДТ проводили
на четырехшариковой машине трения (ЧШМ) на основе ГОСТ 9490-75 c
определением следующих трибологических показателей: диаметр пятна
износа, критическая нагрузка и нагрузка сваривания.
Диаметр пятна износа (ДПИ) характеризует противоизносные свойства
смазочного материала. За результат измерения принимают среднее
арифметическое значение измерений пятен износа каждого из трех нижних
шариков в направлении скольжения и перпендикулярно ему в плоскости,
перпендикулярной оптической оси объектива микроскопа.
Критическая нагрузка характеризует способность смазочного материала
предотвращать возникновение задира трущихся поверхностей. Критической
нагрузкой считают нагрузку, при которой средний диаметр пятна износа
нижних шариков находится в пределах значений величины предельного
износа для данной нагрузки и увеличение которой на величину последующей
нагрузки вызывает увеличение среднего ДПИ на величину более 0,15 мм.
Нагрузка сваривания характеризует предельную работоспособность
смазочного материала. Нагрузкой сваривания считают наименьшую нагрузку,
при которой произошла автоматическая остановка машины при достижении
предельного момента трения или сваривание шариков.
Результаты определения диаметра пятна износа смазочного материала
приведены в таблице 1.
Таблица 1
Диаметр пятна износа смазочного материала
Содержание
Содержание трибологической добавки, % масс
абсорбционной
5
7
10
15
20
добавки, % масс.
0
0,378
0,372
0,372
0,432
0,444
1
0,375
0,364
0,366
0,430
0,434
2
0,368
0,360
0,366
0,372
0,378
4
0,480
0,462
0,468
0,492
0,486
Из данных таблицы 1 следует, что ряд минимальных значений ДПИ
соответствует содержанию 2 % масс. абсорбционной добавки. В этом ряду
минимальный ДПИ (0,36 мм.) достигается при содержании 7 % масс.
трибологической добавки.
Дальнейшие исследования заключались в определении критической
нагрузки (Ркр) и нагрузки сваривания (Рсв) для смазочного материала,
113
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
содержащего 2 % масс. абсорбционной добавки. Результаты исследований
приведены в таблице 2.
Таблица 2
Критическая нагрузка и нагрузка сваривания смазочного материала
Показатель
Содержание трибологической добавки, % масс.
5
7
10
15
20
Критическая нагрузка, Н
40
40
32
32
32
Нагрузка сваривания, Н
112
119
119
106
106
Из данных таблицы 2 следует, что максимальные значения критической
нагрузки наблюдаются при содержании 5,0-7,0 % масс. трибологической
добавки; максимальные значения нагрузки сваривания – при 7,0-10,0 % масс.
добавки.
Проведенными исследованиями показано, что оптимальным, с точки
зрения трибологических показателей, является следующий состав смазки: 2 %
абсорбционной добавки, 7 % трибологической добавки, 91 % базовый
растворитель. Промышленные испытания разработанного смазочного
материала показали высокую его эффективность. Смазочному материалу был
присвоен шифр СМ-2 и отправлена заявка на патент РФ.
УДК 66.094.38:634.0.86:674.032.14
А.Я. ГЕРЧИКОВа, В.Р. ХАЙРУЛЛИНАа, Г.Г. ГАРИФУЛЛИНАа,
Л.М. БАКИЕВАа, Д.И. ШАЙХИТДИНОВАа, Л.А. ОСТРОУХОВАб,
В.А. БАБКИНб
а) Башкирский государственный университет (г. Уфа)
б) Иркутский институт химии СО РАН им. А.Е. Фаворского (г. Иркутск)
СРАВНИТЕЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ АНТИОКИСЛИТЕЛЬНЫХ СВОЙСТВ
ФЕНОЛКАРБОНОВЫХ КИСЛОТ КОРЫ ЛИСТВЕННИЦЫ СИБИРСКОЙ
Фенолкарбоновые кислоты обладают широким спектром биологического
действия и являются перспективным источником для создания
фитопрепаратов и парафармацевтиков. Включение этих веществ в состав
технических и пищевых продуктов, медицинских препаратов позволяет
увеличить срок их хранения [1-3]. В настоящее время доказана необходимость
применения представителей этого класса соединений в качестве средств
неспецифической терапии многих заболеваний, связанных с интенсификацией
процессов перекисного окисления липидов. Однако литературные данные об
антиокислительном
действии
фенолкарбоновых
кислот
носят
преимущественно полуколичественный характер и не позволяют делать
объективные заключения об их антиокислительных свойствах. В связи с этим
114
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
целью настоящей работы было количественное изучение антиокислительных
свойств кофейной (КК), феруловой (ФК), ванилиновой (ВК) и 4гидроксибензойной (4-ГК) кислот манометрическим методом по поглощению
кислорода воздуха.
ФК (см. рис.) выделены из внешнего слоя коры Larix sibirica Ledeb. по
известной методике [4]. В соответствии с данными ВЭЖХ степень чистоты
индивидуальных соединений составляет более 90 %. Структурные формулы
исследованных соединений приведены на рисунке.
HO
HO
H3CO
CH CH COOH
Кофейная
кислота (КК)
HO
HO
COOH
COOH
Феруловая кислота
(ФК)
H3CO
HO
4-гидроксибензойная
кислота (ГК)
COOH
Ванилиновая
кислота (ВК)
Рис. Структурные формулы исследуемых соединений
В качестве модельной реакции при изучении антиокислительной
активности (АОА) исследуемых соединений выбран процесс радикально-цепного
окисления пропан-2-ола и 1,4-диоксана (348К, инициатор-азодиизобутиронитрил,
скорость инициирования Vi = 1·10-7 моль/л•/с). Эффективность ингибирующего
действия образцов оценивали по степени снижения начальной скорости
поглощения кислорода при окислении модельных субстратов. В качестве
количественной характеристики АОА использовали константу скорости обрыва
цепи окисления fk In , где f – радикалоемкость антиоксиданта (АО), показывающая
число радикальных интермедиатов, погибающих на одной молекуле АО в актах
обрыва цепи [5]. Для характеристики АОА исследуемых веществ использовали
ионольный эквивалент (ИЭ), величину которого оценивали в результате
сопоставления полученных из эксперимента fk In для исследуемых веществ с
аналогичной характеристикой для ионола.
Установлено, что добавки исследуемых соединений снижают начальную
скорость окисления пропан-2-ола и 1,4- диоксана, что служит очевидным
доказательством их антиокислительного действия. При этом АОА образцов
изменяется в достаточно широком диапазоне. Так, введение добавок ФК и КК в
окисляющийся пропан-2-ола в интервале концентраций (0,16-1,16)•10-4 моль/л
для ФК и (1,0-8,4)•10-5 моль/л для КК способствует снижению скорости его
окисления в 1,2  6,7 и 1,5  7,3 раз соответственно; в то время как для 4-ГК
аналогичный эффект наблюдается при добавлении ее в пропан-2-ол в интервале
концентраций (1,6-6,5)•10-3 моль/л. Количественные характеристики АОА
фенолкарбоновых
кислот
определяли
на
основании
обработки
экспериментальных результатов в координатах уравнения (1) [5-6]:
V00 V0
F 

 fk In InH 
V0 V00
115
2k6Vi
(1)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
где V и V  начальные скорости поглощения кислорода при окислении
модельных субстратов в отсутствии и в присутствии ингибиторов
соответственно, моль/л•с; kIn  константа скорости ингибирования, л/мольс; f
 стехиометрический коэффициент ингибирования; [InH]  концентрация
ингибитора, моль/л; k6  константа скорости реакции рекомбинации
радикальных интермедиатов, участвующих в актах обрыва цепи окисления
пропан-2-ола и 1,4-диоксана, л/мольс [5-6].
Значения эффективных констант скорости ингибирования fkIn приведены
в таблице. Для сравнения эффективности антиокислительного действия этих
веществ в этой же таблице приведены значения ионольных эквивалентов.
Из сопоставления данных таблицы следует, что значение эффективных
констант скорости ингибирования зависит как от природы антиоксидантов, так
и природы окисляющегося модельного субстрата. Так, в пропан-2-оле
эффективность антиокислительного действия фенолкарбоновых кислот  5 раз
выше, чем в 1,4-диоксане, (см. табл.). Данный экспериментальный факт
объясняется двумя причинами: 1) более высокой реакционной способностью
гидропероксильных радикалов, образующихся при распаде оксипероксильных
радикалов пропан-2-ола, в реакциях продолжения и обрыва цепи окисления,
по сравнению с пероксильными радикалами 1,4-диоксана; 2) регенерацией
феноксильных радикалов, образующихся при окислении фенольных
соединений, в актах обрыва цепи [6-7].
0
0
0
Таблица
Кинетические характеристики антиокислительного действия
фенолкарбоновых кислот
Название вещества
Субстрат
fkIn•10-4, л/моль•c
ИЭ
Кофейная кислота
13,60 ± 2,00
3,20
5,60 ± 0,40
1,30
4-гидроксибензойная
кислота
Ванилиновая кислота
0,06 ± 0,01
0, 015
0,60 ±0,05
0,16
Ионол
Кофейная кислота
4,20 ± 0,40
2,00 ± 0,40
1,00
1,700
1,30 ±0,20
1,100
Ванилиновая кислота
0,10 ± 0,01
0,09
Ионол
1,20 ± 0,20
1,00
Феруловая кислота
Феруловая кислота
пропан-2-ол
1,4-диоксан
116
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Следует отметить, что ФК и КК, в которых электроноакцепторная
карбоксильная группа отделена винильным мостиком от ароматического
цикла, характеризуются более высокими значениями fkIn. Это свойственно для
производных оксикоричной кислоты, в которых сопряжение винильного
фрагмента с ароматической системой обеспечивает наибольшую
делокализацию электронной плотности в образующихся из них феноксильных
радикалах. Сравнение АОА ВК и 4-ГК позволяет заключить, что соединения,
содержащие ароматические фрагменты с электронодонорными заместителями,
являются более эффективными антиоксидантами окислительных процессов.
Как видно из таблицы, КК по своей реакционной способности  в 2 раза
превосходит ФК. Высокая АОА КК относительно ФК обусловлена
образованием внутримолекулярной водородной связи между двумя
гидроксильными группами, расположенными у соседних атомов углерода.
Вследствие этого не участвующий в образовании водородной связи атом Н
становится более подвижным (поскольку водородная связь возникает за счет
электронной плотности связанного с ним атома кислорода), и, как следствие,
более реакционноспособным по отношению к радикалам.
Работа выполнена при финансовой поддержке аналитической
ведомственной целевой программы Минобрнауки РФ «Развитие научного
потенциала высшей школы (2006-2008 годы)», проект РНП 2.2.1.1.6332.
Список литературы
1. Silva F.A.M., Borges F., Guimaraes C., Jose L.F.C., Lima M.C., Reis S. Phenolic
acid and derivatives studies on the relationship among structure, radical scavenging
activity and physicochemical parameters // Journal of Agricultural and Food
Chemistry. - 2000. - V. 48. - P. 2122-2126.
2. Касаикина О.Т., Кортенска В.Д., Маринова Э.М., Русина И.Ф., Янишлиева
Н.В. Ингибирующая активность природных фенольных антиоксидантов в
процессах окисления липидных субстратов // Известия. АН. Серия
химическая. – 1997. – № 6. – С. 1119-1122.
3. Kortenska V.D., Velikova M.P., Yanishlieva N.V., Totzeva I.R., Bankova V.S.,
Marcucci M.C. Kinetics of lipid oxidation in the presence of cinnamic acid
derivatives // European Journal of Lipid Science and Technology. – 2002. - V. 104.
– № 1. – P. 19-28.
4. Комплекс мономерных фенольных соединений коры лиственницы / Н.В.
Иванова, Л.А. Остроухова, В.А. Бабкин и др. // Химия растительного сырья. –
1999. – № 4. – С. 5-7.
5. Денисов Е.Т. Ингибирование цепных реакций / Е.Т. Денисов, В.В. Азатян. –
Черноголовка: ИФХЧ РАН, 1997. – 268 С.
6. Денисов Е.Т. Механизм жидкофазного окисления кислородсодержащих
соединений / Е.Т. Денисов, Н.И. Мицкевич, В.Е.Агабеков. – Минск: Наука и
техника, 1975. – 335 С.
117
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
7. Денисов Е.Т., Денисова Т.Г. Окисление спиртов как цепная реакция с
участием двух пероксильных радикалов // Нефтехимия. – 2006. – Т. 46. -№ 5. –
С. 305-313.
УДК 622.276.8:665.622.43
А.А. ДЕСЯТКИН, Г.Р. МУХАМЕТШИНА, З.А. ЮЛТИМИРОВА,
А.И. ПЕТРОВ
Уфимский государственный нефтяной технический университет (г. Уфа)
ДЕСТАБИЛИЗАЦИОННОЕ РАЗРУШЕНИЕ «МНОЖЕСТВЕННЫХ»
НЕФТЯНЫХ ЭМУЛЬСИЙ САМОТЛОРСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
Стабильные нефтяные эмульсии, образующиеся на границе раздела фаз в
аппаратах подготовки нефти и воды по своей структуре являются
«множественными» и характеризуются повышенным содержанием различных
механических примесей [1]. Высокое содержание природных углеводородных
эмульгаторов и неорганических стабилизаторов не позволяет эффективно
разделять стабильную нефтяную эмульсию традиционным термохимическим
методом в местах добычи и подготовки нефти.
Нами проведены исследования по разрушению стабильной нефтяной
эмульсии Самотлорского месторождения в аппарате гидроакустического
воздействия – дестабилизатора по Патенту РФ № 2238403, 2004. Принцип
работы данного аппарата заключен в разрыве сплошности эмульсий за счет
взаимного перехода различных видов энергии (кинетической и
потенциальной).
В ходе проведенных исследований выявлены зависимости влияния
параметров дестабилизации на эффективность разделения эмульсии.
Основными факторами, влияющими на разрушение «множественных»
нефтяных эмульсий в дестабилизаторе, являются: температура, давление на
входе в аппарат и применение поверхностно-активных веществ. В ходе
процесса в качестве ПАВ исследовалось воздействие различных
деэмульгаторов как отечественного, так и иностранного производства.
Наилучшие результаты получены при использовании деэмульгатора
«Дипроксамин 157-65М», температуре процесса 60 оС и давлении на входе в
дестабилизатор 0,7 МПа. Степень обезвоживания при данных условиях
составила в среднем 99,5 %.
Анализ полученных результатов для исследованных проб стабильной
нефтяной эмульсии Самотлорского месторождения с различным содержанием
механических примесей и воды, показал высокую эффективность данного
метода разделения по сравнению с традиционным термохимическим
обезвоживанием.
118
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Список литературы
1. Позднышев Г.Н. Стабилизация и разрушение нефтяных эмульсий /
Г.Н. Позднышев. – М.: Недра, 1982. – С. 5.
УДК 502 : 632.981
Ф.Ф. ИСХАКОВ, Р.Р. ХАБИБУЛЛИН
Уфимская государственная академия экономики и сервиса (г. Уфа)
Б.И. ВОРОНЕНКО
Научно-исследовательский технологический институт гербицидов (г. Уфа)
ЭКОЛОГИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА КОМБИНИРОВАННОГО
ПРЕПАРАТА ЦИМИД
Острота глобальных экологических проблем стоящих перед
человеческой цивилизацией усиливается. Теперь уже общепризнано, что
проблемы эти не имеют национальных, региональных и иных черт и решать их
придется независимо от политических систем государств. Первоначально,
понимание, формулировка этих проблем шли от отдельных общественных
деятелей, ученых и закончились на уровне государств, когда были проведены
многочисленные международные конференции, посвященные вопросам
охраны окружающей среды, путям выхода из экологического кризиса и
перспективам движения человеческой цивилизации. Теперь, в XXI веке,
преодоление экологических проблем, наоборот, в большей степени
регулируется и направляется государством на уровне отдельных отраслей,
производств, научных коллективов и, наконец, отдельного гражданина.
Однако, как показала жизнь, преодоление этих проблем невозможно решить
только призывами и основываясь на сознательности людей. Поэтому должны
быть поставлены четкие ориентиры по преодолению этого кризиса с помощью
экономических, административных рычагов со стороны государства. Причем,
это возможно только при условии, когда вырастит общая экологическая
грамотность и каждый житель планеты, начиная от ученого, исследователя,
производственника на своем рабочем месте ответственно будет выполнять
требования экологической безопасности. Экологические проблемы сложны по
своей природе и поэтому задача их преодоления должна волновать каждого
жителя планеты.
Продолжающаяся во всем мире интенсификация химизации при
производстве продуктов питания вызвала большое поступление чужеродных
химических веществ (ксенобиотиков), в том числе и пестицидов в пищевые
продукты через загрязнение окружающей среды. Снять остроту проблемы
можно двумя способами: во-первых, производством «экологизированных»
пестицидов с ужесточением требований к их компонентам на этапе синтеза
119
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
(менее токсичные, но наиболее эффективные), по малоотходным технологиям
и способам и, во-вторых, совершенствованием технологий, норм, способов их
непосредственного применения на агроценозах.
В промышленности органического синтеза средств борьбы с
биоповреждениями ведущее место занимает малеиновая кислота и ее
производные. Использование хлорзамещенных аналогов этих соединений –
дихлормалеиновой кислоты (ДХМК) и ангидрида, впервые полученных в
конце 19 столетия, позволили во многом расширить их область применения и
получить качественно новый эффект. Систематические исследования в
области методов синтеза дихлормалеамидов были начаты лишь в связи с
открытием у них биоактивных свойств.
На сегодняшний день, существует ряд «узких» мест в синтезе, наработке
Цимида и ряд проблем технологического плана, которые требуют скорейшего
решения:
 прекращен выпуск, как у нас, так и за рубежом гексахлорбутадиена
(ГХБ), окислением которого получают ДХМК;
 дефицид
тионила
хлористого,
который
применяется
для
циклодегидрадации дихлормалеинового ангидрида (ДХМА);
 технические трудности, возникающие при регенерации отработанной
уксусной кислоты (УК);
 трудности технологического характера с перегрузкой осадков с
фильтров в реактор с большим количеством отработанной серной кислоты при
синтезе ДХМА (на 1 тонну ДХМА образуется 6 тонн серной кислоты);
 разработки методов обезвреживания отходов производства и сточных
вод.
Целью исследования явилось: экологизация производства Цимида
связанная с поиском заменителя дефицитного, токсичного ГХБ; подбор более
доступного соединения вместо него и окислителей, оптимальных условий для
протекания реакций, с получением промежуточного продукта – ДХМК
(предшественника ДХМА), из которого далее синтезируется конечный
продукт.
Принципиальная схема получения Цимида по направлению химических
реакций выглядит следующим образом:
ГХБ ––> ДХМК ––> ДХМА ––> ЦГИ ДХМК (Цимид)
По литературным источникам, синтез ЦГИ ДХМК (Цимид) может быть
осуществлен на основе дикарбоновых кислот и их ангидридов. Получение
Цимида из ДХМА закреплено только двумя патентами и осуществляется:
 в среде УК, при температуре 100-115 °С, выход продукта 37 %;
 путем усовершенствования процесса: при снижении температуры до
80-90 °С и введения рециркуляции не прореагировавших продуктов выход
может повысится до 60 %.
На опытной установке НИТИГ проводилась наработка Цимида по этому
методу [3]. Максимальный выход продукта (50 %) был получен при
120
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
температуре 108-112oС, времени реакции 1,5-2 часа при мольном
соотношении ДХМА : ЦГА (циклогексиламин) : УК – 1 : 1,15 : 8. В связи с
большим количеством отходов и техническими трудностями, возникшими при
регенерации отработанной УК, проведен поиск новых методов синтеза ЦГИ.
Было предложено проводить процесс синтеза в среде легко
регенерируемых растворителей, например, перхлорэтилене (ПХЭ) и
хлорбензоле (ХБ) в две стадии. На первой стадии получают N –
циклогексилмоноамид ДХМК. На второй стадии осуществляют его
циклодегидрадацию в присутствии тионила хлористого (ТХ), либо
треххлористого фосфора. Было изучено влияние основных факторов при
проведении процесса в трихлорэтилене в присутствии ТХ. Выход ЦГИ в
расчете на исходный ДХМА составил 60-70 %.
По литературным источникам, одним из наиболее доступных продуктов
в качестве сырья для получения ДХМК, вместо отсутствующего
гексахлорбутадиена (ГХБ), может быть использована мукохлорная кислота
(МХК), которая содержит альдегидную группу и способная быть легко
окисляемой до карбоксильной группы с получением в дальнейшим ДХМК.
Анализ литературных данных также показал, что окисление альдегидной
группы можно осуществить с помощью азотной, хлорсульфоновой кислот,
перекисью водорода, озона, кислорода и воздуха. Окислители Н2SO4, HNO3,
H2O2 оказались желательными в плане доступности.
Представлялось интересным проверить возможность окисления
мукохлорной кислоты с хорошо доступной хлорсульфоновой кислотой. Ранее
был разработан метод получения ДХМА окислением ГХБ хлорсульфоновой
кислотой (ХСК) в токе хлора. Там же показана высокая устойчивость ДХМА в
среде ХСК. Однако возможность получения ДХМА окислением МХК
хлорсульфоновой кислотой (ХСК), очень минимальная. Вариация мольных
соотношений МХК к ХСК в эксперименте составляла от 1:2 до 1:4, в
температурных интервалах 120-140-145 оС, по времени реакции 2-4,5-5 часов.
Выход ДХМА составил от 17 до 63 %. Причем, как оказалось, что при
проведении данной реакции, либо МХК, либо какой-нибудь полупродукт ее
окисления конденсируется с образованием смолы, что является причиной
низкого выхода ДХМА.
Испытания по оценке перекиси водорода (Н2О2) в качестве окислителя
МХК в диапазоне мольных соотношений МХК : Н2О2 при 1: (1,5-2,5-3,5-5-6)
при температурах 45-50 : 85-90 оС, время реакции 2-4-6 часов, показали, что
при температуре меньше 40оС реакция слишком замедляется (время реакции 46 часов) с выходом ДХМК до 86,2-89,5 %. При температуре выше 80 оС, очень
высока скорость разложения Н2О2, в щелочной среде и низкий выход ДХМК
(64,6 %) или же увеличение ее выхода до 86,2 % идет за счет большого
расхода Н2О2 (МХК : Н2О2 = 1 : 6).
Далее, исследованиями было установлено, наиболее экологически
чистым способом получения ДХМА является окисление мукохлорной кислоты
121
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
азотной кислотой. Для окисления использовали концентрированную азотную
кислоту. Температурный режим реакций варьировал в пределах 70-105 оС,
время реакций – от 1 часа до 5. Мольное соотношение МХК : HNO3
изменялось от 1 : 1,5 до 1 : 3. По результатам этого эксперимента удалось
подобрать оптимальные технологические условия для выхода требуемого
промежуточного продукта со 100 % конверсией МХК в ДХМК.
Исследован процесс циклодегидрадации ДХМК кипячением ее в
перхлорэтилене (ПХЭ) с отгонкой сточной воды (СВ) в виде азеотропа.
Оптимальными условиями для протекания процесса являются: температура –
122 оС, время отгонки – 3 часа, мольное соотношение ДХМК : ПХЭ = 1 : 8.
Суммарный выход выход ДХМА и ДХМК при этом составляет до 96 %.
Массовая доля ДХМА в полученном продукте 88 %. Причем, показана
возможность регенерации ДХМК, экстрагируемой водой из реакционной
массы стадии получения ЦГИ.
Процесс
циклодегидрадации
циклогексилмоноамида
(ЦГМА)
треххлористым фосфором в среде ПХЭ и хлорбензола (ХБ) обеспечивает
максимальный выход ЦГИ (69 %) в случае обеспечения условий по
температуре – 45-50 оС, времени – 90 мин, при мольном соотношении ЦГМА :
РCl3 : ПХЭ = 1 : 1 : 8.
Таким образом, проведенные эксперименты по подбору окислителей
для заменителя дефицитного, не производимого в России технического
продукта ГХБ показали, что для мукохлорной кислоты подходящим
окислителем является азотная кислота при мольном соотношении МХК :
HNO3 = 1 : 2,5, времени реакции 2,5 часа, при температуре 90-95 оС. При таких
условиях достигнута 100 % конверсия мукохлорной кислоты.
Проектная мощность опытно-наработочной установки – 30 т/год ЦГИ
ДХМК.
Список литературы
1. Сыркин А.М., Валитов Р.Б., Шагас Г.Г. // Сб. тез. докл. IV науч.-практ.
конф. в Институте химии АН ТССР. – 1985. – С. 48-49.
2. Авт. свид. 1325859, СССР, МКИ С07Д 207/44. Способ получения
циклогексилимида дихлормалеиновой кислоты / В.Д. Силов, Р.Б. Валитов,
Г.Г. Гунбина.
3. Лабораторный регламент по получению Цимида. – Уфа: ВНИТИГ, 1984.
(инв. № Ф -813).
122
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
УДК 547.853
Г.И. ИШМУРАТОВА, Г.Р. ТИМЕРБАЕВА, И.М. БОРИСОВ
Башкирский государственный университет (г. Уфа)
ДИНАМИКА КОМПЛЕКСООБРАЗОВАНИЯ ЯНТАРНОЙ КИСЛОТЫ
С УРАЦИЛОМ
В последнее время проблема фармакологической защиты организма от
экстремальных факторов физической, химической и биологической природы
выдвинулась в число актуальнейших задач. Патологические явления в живых
организмах и растениях в значительной степени проявляются на клеточном
уровне. Окислительные процессы в организме невозможны без присутствия
кислорода, однако, сам кислород, обладая высокой химической активностью,
далеко не всегда участвует лишь в полезных для организма реакциях. Вредные
вещества, попадающие в организм, приводят к образованию свободных
радикалов, обладающих весьма высокой реакционной способностью, и
приводят к нарушению нормального равновесия «перекисное окисление
липидов – антиокислительная активность клеточных антиоксидантов» («ПОЛ
– АОА») [1]. С другой стороны недостаток кислорода в клетках – является
одной из причин злокачественного перерождения клеток, т.е. возникновение
раковых опухолей. В связи с этим понятно, почему многие лекарственные
препараты обладают свойством антиоксиданта [2]. Известно [3-5], что
некоторые
производные
пиримидина
обладают
антиоксидантными
свойствами. Кроме того, для восстановления нормального энергетического
обмена в клетках применяется янтарная кислота (ЯК), чаще ее соли [6].
Поэтому использование данных соединений при создании лекарственных
препаратов весьма перспективно.
Сегодня далеко не в полной мере учитывается весь комплекс
уникальных возможностей применения янтарной кислоты и производных
пиримидинов. В чистом виде ЯК мало усваивается организмом, так как не
способна преодолеть барьер кишечной стенки без создания специальных
условий для активного транспорта. К числу транспортных форм янтарной
кислоты относятся ее натриевые соли, метиловые эфиры, комплексы с N-(1дезокси-де-глюцитол-1-ил)-N-метиламмонием [6]. Применение органических
производных сукцината также способствует более хорошему проникновению
его через биологические мембраны. При этом после поступления вещества в
клетку происходит его диссоциация или отщепление молекулы сукцината.
Основная часть молекулы может встраиваться в фосфолипидную мембрану,
влияя на ее физико-химические свойства, а сукцинат используется
непосредственно дыхательной цепью в качестве энергетического субстрата.
Фармакологические свойства сукцината могут быть усилены также введением
других биологически активных веществ, например пиридоксальфосфата,
таурина и др. [6].
123
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В настоящей работе изучена новая транспортная форма янтарной
кислоты в виде комплекса с урацилом. Получение комплекса янтарной
кислоты с урацилом осуществляли в равновесных условиях при низких
концентрациях исходных реагентов в водных растворах (10 -5÷10-4 моль/л). Для
определения состава комплекса использован метод изомолярных серий
(МИС), основанный на определении соотношения изомолярных концентраций
реагирующих веществ, отвечающего максимальному выходу образующегося
комплексного соединения [7]. Кривая зависимости выхода комплекса,
следовательно, и интенсивности сигнала от состава раствора характеризуется
экстремальной точкой. Такая точка отвечает максимально возможной
концентрации комплекса, а ее положение – стехиометрии образующегося
комплекса.
Комплексообразование янтарной кислоты с урацилом изучали
спектрофотометрически на максимуме длины волны поглощения урацила
λ = 258 нм. УФ-спектры водных растворов соединений снимали в кварцевых
кюветах толщиной 1 см относительно воды на спектрофотометре SHIMADZU
UV-2401PC. Суммарная концентрация реагентов в изомолярной серии
составляла 110-4 моль/л. Значение pH растворов измеряли с помощью pHметра OP 211/2 (radelkis).
На первом этапе работы изучалось комплексообразование янтарной
кислоты и урацила при комнатной температуре. Через каждые трое суток
снимались спектры поглощения смеси. При этом было замечено, что
оптическая плотность постоянно изменялась во времени и не достигала
постоянного значения даже спустя 14 суток. Эти данные свидетельствуют о
том, что равновесная реакция образования комплекса требует длительного
времени. Обработка полученных данных не позволила определить состав
комплекса, поскольку комнатной температуры недостаточно для образования
комплекса.
В связи с этим комплексообразование исходных реагентов изучали при Т
= 70 °С в течение t = 30, 60, 120, 180 минут. В данных условиях в спектрах
обоих исходных реагентов не происходят изменения в течение трех часов.
Однако при смешении янтарной кислоты с урацилом наблюдается
значительное
изменение
интенсивности
полос
поглощения,
что
свидетельствует о влиянии, оказываемом янтарной кислотой на электронную
систему урацила, видимо, вследствие образования комплекса (рис. 1).
Методом изомолярных серий (рис. 1) был определен состав комплекса
янтарной кислоты с урацилом, который составляет 1:1.
124
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
0,08

6,0 pH
30 МИН
60 МИН
120 МИН
180 МИН
5,7
0,06
5,4
0,04
5,1
4,8
0,02
4,5
0,00
4,2
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
0
30
60
90
120
150
180
СУ/СУ+СЯК, МОЛЬ/Л
210
t, МИН
Рис. 1. Изомолярная диаграмма для
комплекса (ЯК+У), Т = 70 °С,
λ = 259 нм
Рис. 2. Изменение pH среды с глубиной
реакции, Т = 70 °С, [У]:[ЯК] = 1:1
На комплексообразование янтарной кислоты с урацилом указывает
также изменение pH в ходе эксперимента от 4 до 6 (рис. 2), при мольном
соотношении ЯК и урацила, равном 1:1. Известно, что в данном диапазоне pH
урацил находится в дикетоформе [8]. При образовании комплекса в течение
опыта снижается концентрация несвязанной янтарной кислоты, вследствие
чего возрастает pH среды.
Оптимальное время синтеза комплекса при 70 °С составляет 2 часа
(рис. 3). Более длительная выдержка реакционной смеси приводит к снижению
концентрации комплекса.
0,54
А
0,52
0,50
0,48
0,46
0
30
60
90
120
150
180
210
t, МИН
Рис. 3. Зависимость оптической плотности комплекса У с ЯК от времени
реакции, Т = 70 °С, [У]:[ЯК] = 1:1
Список литературы
1. Сафарова И.В. Автореф. дис. канд. хим. наук. – Уфа: УНЦ РАН, 2007.
125
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2. Мышкин В.А., Срубилин Д.В., Вакарица А.Ф. и др. // Ученые Баш. мед.
института. – 1992. – С. 73-77.
3. Силаева С.Б., Гуляева Н.В., Хацернова В.Я. и др. // Бюл. эксп. биологии и
медицины. – 1990. – № 2. – С. 180-181.
4. Мышкин В.А., Хайбуллина З.Г., Башкатов С.А. и др. // Здр. Башкортостана. –
1994. – № 4. – С. 26-30
5. Шишкина Л.Н., Таран Ю.П., Елисеева С.В., Булгаков В.Г. // Изв. АН СССР.
Сер. биологическая. – 1992. – № 3. – С. 350-357.
6. Л.В. Деримедведь, В.А. Тимченко, // «Провизор», 2002 – № 13
7. Булатов М.Н., Калинкин Н.П. – Л.: Химия. – 1986. – С. 284.
8. Stimson M.M., Reuter M.A. // J. Am. Chem. Soc. – 1943. – V. 65, № 2. – P. 151152.
УДК 546.1+544.1
С.М. КАЛАШНИКОВ
Уфимский государственный нефтяной технический университет (г. Уфа)
ЛОГИЧЕСКИЕ МАТРИЦЫ И СХЕМЫ В ХИМИИ
1. Электронные и ядерные оболочки атомов
Предлагается правило, существенно облегчающее написание электронной
формулы любого элемента периодической системы Д.И. Менделеева.
Общеизвестна последовательность энергетических состояний в порядке
возрастания энергии орбиталей многоэлектронного атома:
1s<2s<2p<3s<3p<4s3d<4p<5s4d<5p<6s5d4f<6p<7s6d5f<7p ...
Ее удобно представить проекцией разворачивающейся спирали на
плоскость, причем комбинации подуровней будут повторяться дважды.
8
7
6
5
7
6
5
4
s
p
d
f
s
p
d
f
s
p
d
s
p
d
4
3
3
2
s
p
s
p
2
s
1
s
0*
энергия подуровней
6
5
4
5
4
3
8
7
6
5
7
6
5
4
6
5
4
5
4
3 . . . . .
. s
4
3 . . . . .. p
3 . .... . s
2 . .. . p
2 . s
1 .. s
24 Cr
0*
Рис. 1
126
s
p
d
f
s
p
d
f
s
p
d
s
p
d
8
s
p
7
6
d
5
f
7
s
6
p
5 .
4 . . . . . . . d
f
6 . .. . .
s
5 . . . p
4 .. .. .. .. .. d
5 . ... .
s
4 . .. .. .. . p
3 . . . . . d
4 . .. . . s
3 . . . p
.
3 . ... . s
.
2 .. . p
2 . s
1 .. s
64 Gd
0*
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Как видно из рис. 1, заполнение уровней и подуровней атома
электронами осуществляется в соответствии с принципом наименьшей
энергии, т.е. по правилам Хунда, Клечковского (соблюдая принцип Паули).
Цифра слева (главное квантовое число) соответствует периоду,
энергетическому слою; подуровень из одной клеточки – s-орбитали, три
смежных клеточки отвечают подуровню из трех равных по энергии (в
отсутствие сильных внешних электромагнитных полей) p-орбиталей, пять
смежных клеточек – подуровню из пяти d-орбиталей, а семь смежных
клеточек – подуровню из семи f-орбиталей. Заполняя орбитали электронами в
соответствии с правилами Хунда (на каждой ступеньке сначала по одному
электрону в каждую клеточку, затем – по второму с антипараллельным
спином) и Паули, получим картину, отвечающую вышеприведенной
энергетической последовательности подуровней и уровней атома. Для точной
характеристики элементов, имеющих «проскок» электронов (все d9-,
большинство d4-, некоторые d7- и d8-элементы) или, наоборот, их
«выталкивание» (f1- , f8-элементы), необходимо принять во внимание
наибольшую устойчивость (т.е. наименьшую энергию) симметричных, то есть
незаполненных, полностью заполненных (а также заполненных ровно
наполовину) орбиталей.
Звездочкой с цифрой «ноль» отмечена точка инверсии спирали
элементов (вершина конуса), ниже которой должны зеркально расположиться
антиподы элементов (т.е. антиводород, антигелий и т.д.). В саму точку
инверсии нельзя поместить ни один фермион (т.е. частицу с полуцелым
спином; например, нейтрон), но можно поместить бозон с целым значением
спинового квантового числа (а именно – фотон, который сам себе является
античастицей).
Строение внутриядерных оболочек атомов несколько более сложно.
Нуклоны также являются фермионами с полуцелым спином (1/2). Здесь можно
усмотреть некоторую аналогию вышеприведенной последовательности
электронных энергетических уровней и подуровней, но уже в виде
сопряженной двойной спирали для нуклонов: протонов и нейтронов (в случае
последних энергетические уровни будут смещены вследствие различия в
электрических зарядах). Решающее значение для стабильности (как
абсолютной, так и относительной) изотопов элементов будет иметь
наименьшая энергия уровней, занимаемых нуклонами, а также симметрия
заполняющихся оболочек и подоболочек. Так, полностью заполненные уровни
будут отвечать «магическим» ядрам, устойчивыми будут полностью и
наполовину заполненные подоболочки.
127
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
дважды магическое ядро
2He 4 (альфа-частица)
6
He
6
He 3, He
нейтроны (n)
4
нестабильный
*
*
протоны (p)
*
*
4
3
стабильные
стабильные
изотопы
Ne
22
21
***
*** *
*
*
*
протоны (p)
* ** ** **
*
* Ne 22 - 8.82%
* Ne 21 - 0.257%
Ne 20 - 90.92%
нейтроны (n)
Рис. 2
Особой устойчивостью отличаются атомные ядра, содержащие 2 – 8 – 20
– 28 – 50 – 82 – 114 – 126 – 164 протонов (т.е. ядра атомов с таким порядковым
номером) и 2 – 8 – 20 – 28 – 50 – 82 – 126 – 164 – 196 – 228 – 272 – 318
нейтронов, вследствие законченности строения их оболочек.
Предложенная ниже структура внутриядерных слоев дает полное
совпадение стабильных и радиоактивных изотопов вплоть до криптона (36Kr),
энергия подуровней (оболочек)
2 + 10 + 6
2 + 10 + 6
2 + 10 + 6
2 + 10 + 6
8
8
8
8
2
*
протоны (p)
нестабильный
изотоп
трития H3
нейтроны (n)
*
*
Рис. 3
128
2
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
причем можно предвидеть, какой из изотопов будет преобладать в
естественной смеси, составляющей тот или иной элемент.
Подобное представление Периодической системы элементов весьма
удобно для быстрого написания электронных (атомных) формул при
знакомстве студентов с курсами и неорганической, и органической химии.
2. Логическая матрица термодинамики
Предлагается легко запоминающееся правило, наглядно связывающее
основные термодинамические характеристики системы в логическую матрицу
(аналог точечной группы).
Рисуем квадрат и разбиваем его на 9 равных клеток (3х3). В центральной
клетке обозначим диагонали (крестиком «Х»). Затем в четыре клетки по
серединам сторон квадрата вписываем в алфавитном порядке символы: F, G,
H, U, двигаясь по часовой стрелке от центра верхней стороны. Они означают
характеристические функции: U – внутренняя энергия системы (изохорногомоэнтропный потенциал); F – изохорно-изотермический потенциал
(свободная энергия Гельмгольца); G – изобарно-изотермический потенциал
(свободная энергия Гиббса); H – энтальпия (изобарно-гомоэнтропный
потенциал). (Характеристическими функциями называют такие функции
состояния системы, посредством которых, а также их производных могут быть
выражены термодинамические свойства системы.)
В четыре свободные клеточки по вершинам квадрата вписываем
символы: S, V, T, P, означающие соответственно: S – энтропия; V – объем; Т –
температура и Р – давление. Вписывание этих символов осуществляется так,
чтобы две соседние характеристические функции состояния (например, F и G),
имеющие в названии одинаковую часть («-изотермический потенциал»),
имели в общей (соседней) вершине символ этой одинаковой части (Т –
температуру).
Для функций состояния G и H в названии одинаковая часть – «-изобарно…», т.е. в общей (соседней) вершине символ этой одинаковой части будет P –
давление.
Верхней («легкой») строке получившейся матрицы припишем знаки
(минус-минус), средней строке – знаки (минус-плюс), нижней («тяжелой»)
строке – знаки (плюс-плюс). Эти знаки будут необходимы для записи
дифференциалов характеристических функций состояния системы.
Произведение символов диагонали S.T = Q соответствует теплоте, а
символов диагонали P.V = A – работе по расширению (сжатию) идеального
газа.
При переходе от «нижней» характеристической функции к функции,
расположенной строкой выше, необходимо вычесть (а при переходе от
«верхней» к «нижней» функции добавить) произведение символов на
параллельной движению (от функции к функции) диагонали.
129
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Для нахождения дифференциалов функций состояния необходимы
знаки, приписанные уровням (строкам), и произведения дифференциалов
«собственных» переменных на сопряженные по диагоналям символы.
Во всех соотношениях дифференциалов знак равенства относится к
равновесным условиям проведения процесса. При необратимом протекании
процесса следует писать знак неравенства () «меньше».
Центральная клетка квадрата содержит единичный элемент, который
имеет сложное строение. Например, в центральную клетку можно поместить
изохорную Cv и изобарную Cp теплоемкости; Cp всегда больше, чем Cv (т.к.
Cp - Cv = R для идеальных газов), поэтому символ Cp будет располагаться ниже.
_
_
V F T
C
U C G
S H P
v
p
F = G - PV
G = H - ST
U = H - PV
F = U - ST
_
+
dF = - PdV - SdT
dG = - SdT + VdP
dU = - PdV + TdS
dH = + TdS + VdP
H = G + ST
H = U + PV
H = F + ST + PV
dH = CpdT
dU = CvdT
+
+
Рис. 4
Из матрицы также легко выводятся и соотношения Максвелла, вторые
производные энергии Гиббса (при этом следует рассматривать
соответствующие треугольники, отделяемые диагоналями).
УДК 504.628.3./4
Г.А. ТЕПТЕРЕВАа), Ф.Х. КУДАШЕВАа), А.Д. БАДИКОВАа),
И.Н. КУЛЯШОВАб), Ю.И. КАМАЛОВАа)
а) Башкирский государственный университет (г. Уфа)
б) ОАО «Дубитель» (г. Уфа)
СРАВНЕНИЕ СВОЙСТВ ЛИГНОСУЛЬФОНАТА И ГУМИНОВЫХ КИСЛОТ,
КАК ПРИРОДНЫХ КОМПЛЕКСОНОВ, ПО ОТНОШЕНИЮ К
СОЕДИНЕНИЯМ ОКИСНОГО ЖЕЛЕЗА
Известно [1], что все реакции между органическими веществами и
катионами металлов ведут к образованию водорастворимых или
нерастворимых в воде комплексных соединений. Из литературы [2] известно,
что природный лигнин входит в состав почвенного гумуса и обладает
свойствами комплексона. Лигносульфонаты, как сульфопроизводные
130
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
природных лигнинов, также способны к комплексообразованию. Для
лигносульфонатов при взаимодействиии с металлами, как и для гуминовых
кислот, доминирующими являются ионные взаимодействия или реакции
хелатообразования [2]. Органоминеральное соединение железа с гуминовыми
кислотами относится к типу гетерополярных солей с ионной связью. В
образовании ионной связи участвуют карбоксильные (COOH), гидроксильные
(ОН), сульфогруппы (SO3H). В кислой и нейтральной среде в реакциях
участвует водород карбоксильных групп, в щелочной среде – фенольных и
спиртовых. Наиболее активны в фиксации металлов карбоксильные и
фенольные группы. Исследованиями [3] установлено, что устойчивость
образующихся соединений невелика и металлы могут легко выходить из их
состава за счет реакций ионного обмена. Кроме того, устойчивость таких
соединений изменяется в зависимости от рН среды. При рН 39,5 идет
растворение, при низких рН 13 – осаждение комплексных соединений.
Способность гуминовых кислот образовывать комплексные соединения с
металлами выражается величинами констант устойчивости. Для железа в
различных степенях окисления, величины констант устойчивости имеют
следующие значения (табл. 1) [1].
Таблица 1
Константы устойчивости комплексов железа с гуминовыми кислотами
при различных рН среды (значения приведены в lg К)
Степень окисления
рН 3
рН 5
рН 7
катиона железа
Fe 2+
5,4
6,4
4,8
3+
Fe
11,4
8,5
6,6
Из данных таблицы 1 видно, что устойчивость комплексных соединений
железа снижается с повышением рН среды, а большая степень окисления
железа соответствует большей устойчивости комплекса с гуминовыми
кислотами.
В целом, устойчивость комплексных соединений определяется
свойствами металла, лиганда, концентрацией металла, реакцией среды.
Важной характеристикой является поляризуемость катиона и лиганда: чем
выше поляризуемость и ниже концентрация катиона в комплексе, тем он
прочнее. Наибольшей поляризуемостью обладают функциональные группы,
содержащие серу, наименьшей – кислородсодержащие функциональные
группы. Известно, что в составе лигносульфонатов присутствуют
карбоксильные, гидроксильные (фенольные и спиртовые), карбонильные, а
также сульфогруппы.
Ион железа может образовывать с лигносульфонатами соединения
разной степени прочности. С функциональными гидроксильными
(фенольными) группами он образует непрочные водородные связи. Такой тип
131
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
связи свойственен ионам закисного (двухвалентного) железа. Комплексные,
прочные связи образует ион окисного (трехвалентного) железа. Это не
противоречит данным таблицы 1, согласно которым связи двухвалентного
катиона с гуминовыми кислотами также менее прочны, по сравнению с
трехвалентным.
Восстановительные свойства гуминовых кислот (ГК) возрастают с
повышением их массовой доли в системе ГК: Fe. Это приводит к увеличению
содержания восстановленных (закисных) форм железа.
Состав функциональных групп лигносульфоната близок к гуминовым
кислотам. Это означает, что восстановительная способность лигносульфоната
также увеличивается с повышением его массовой доли в системе «ЛСТ:Fe».
Тогда, лигносульфонат, восстанавливая окисные формы железа, будет
способствовать их удержанию в подвижной, усвояемой форме.
В этой связи, целью работы является сравнение свойств
лигносульфоната и гуминовых кислот, как природных комплексонов, по
отношению к соединениям окисного железа.
Объектами исследования являлись: модельная смесь и натурная вода
водоемов. Экспериментально исследовалась восстановительная возможность
лигносульфоната применительно к окисному железу. В ходе проведения
экспериментов варьировалось объемное соотношение «лигносульфонат:осадок
окисного железа» при рН 6-6,5.
Обнаружение железа в растворе контролировалось методом
тонкослойной хроматографии. Количественное содержание железа в растворе
определялось комплексонометрическим методом. Результаты эксперимента
представлены в таблице 2.
Таблица 2
Содержание железа в растворе при различном соотношении «Fe : ЛСТ»
Содержание железа в растворе, мг/л
Наименование
пробы
без ЛСТ
1:1
1:3
1:5
3+
Модельная смесь
отс
отс
0,09
0,15
Натурная вода
отс
отс
0,06
0,11
Данные таблицы 2 показывают, что восстановительная способность
лигносульфонатов в слабо-кислой среде способствует частичному переходу
катионов железа из окисной формы в закисную, необходимую для природной
среды. При соотношении 1:5, анализируемый раствор приобретает темную
окраску и требует дополнительной реагентной подготовки пробы.
Оптимальными можно считать результаты при соотношении «железо:ЛСТ»,
равным 1:3. Дальнейшее увеличение соотношения требует контроля, в связи с
132
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
токсичностью соединений железа II, при избыточных содержаниях в
природной среде.
Таким образом, применение лигносульфонатов или отходов,
содержащих лигносульфонаты (после очистки до норм ПДК) возможно
использовать для регенерации почвенных участков с нарушенным балансом по
содержанию растворимых форм железа в качестве удобрений, адаптивных к
природной среде.
Список литературы
1. Кабата-Пендиас А. Микроэлементы в почвах и растениях / А. КабатаПендиас, Х. Пендиас. – М.: Мир, В/О «Совэкспорткнига», 1989. – С. 438.
2. Гаврилов Б.М. Лигно-полимерные реагенты для буровых растворов /
Б.М. Гаврилов. – Краснодар, 2004.
3. Мотузова Г.В. Принципы и методы почвенно-химического мониторинга /
Г.В. Мотузова. – М.: МГУ, 1988.
УДК 665.753.3
А.А. КАРИМОВА, И.И. ВАЛИТОВ, О.А. БАУЛИН, М.Н. РАХИМОВ
Уфимский государственный нефтяной технический университет, (г. Уфа)
ВЛИЯНИЕ КЛАССОВ УГЛЕВОДОРОДОВ НА СМАЗЫВАЮЩУЮ
СПОСОБНОСТЬ МАЛОСЕРНИСТЫХ ДИЗЕЛЬНЫХ ТОПЛИВ
Основным направлением по повышению экологической чистоты
дизельных топлив является снижение содержания в них сера-, азотсодержащих
соединений и полициклических ароматических углеводородов. Известно, что
при снижении содержания сернистых соединений в дизельном топливе ниже
определенного уровня наблюдается значительное ухудшение
его
смазывающей способности. Впервые с проблемой неудовлетворительного
смазывания деталей топливной системы столкнулись в Швеции, где на
автотранспорте, работающем на топливе с низким содержанием серы (0,001 %
и 0,005 %) наблюдался преждевременный выход из строя топливных насосов.
Требования к качеству дизельных топлив согласно EN 590
предусматривают снижение содержания полициклических ароматических
углеводородов до уровня не более 11 % масс. В литературе подробно
изложено влияние сернистых соединений на смазывающую способность
топлив, тогда как влияние различных классов углеводородов практически не
раскрывается.
Нами было изучено влияние некоторых классов углеводородов на
смазывающую способность модельного топлива. Последнее представляет
собой фракцию мотоалкилата – побочного продукта установки
133
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
сернокислотного алкилирования изобутанов олефинами. Мотоалкилат
практически нацело состоит из алканов разветвленного строения и
характеризуется близким к нулевому содержанием сернистых соединений и
ароматических углеводородов. Решением проблемы постоянства группового и
химического состава мотоалкилата явилось использование в качестве базового
топлива его фракции 180-250 С, отличающейся практически неизменным
составом. Физико-химические свойства мотоалкилата и его фракции
180-250 С (ФМА) представлены в таблице 1.
Смазывающую способность топлива определяли на четырехшариковой
машине, согласно ГОСТ 9490-75 при температуре 20 С и приложенной
нагрузке 100 Н. Критерием оценки смазывающей способности является
диаметр пятна износа (ДПИ). Диаметр пятна износа характеризует
противоизносные свойства смазочного материала. За результат измерения
принимают среднее арифметическое значение измерений пятен износа
каждого из трех нижних шариков в направлении скольжения и
перпендикулярно ему в плоскости, перпендикулярной оптической оси
объектива микроскопа, измеренного на микроскопе с 24-х кратным
увеличением, с точностью до 0,01 мм.
Таблица 1
Физико-химические свойства мотоалкилата и его фракции
Значение
Метод
Наименование показателя
испытания
мотоалкилат
ФМА
Фракционный состав:
нк
97
183
50 %
192
213
ГОСТ 2177-82
кк
292
256
3
754
772
ГОСТ 3900
Плотность при 20 С, кг/м
Вязкость кинематическая при 20 С,
2,04
3,27
ГОСТ 33-82
мм2/с
Температура вспышки в закрытом
81
87
ГОСТ 6356-75
тигле, С
Показатель преломления, nd20
1,4323
1,4442
ГОСТ 1427
В дизельных топливах ароматические углеводороды представлены почти
полностью моно- и бициклическими производными, с преимущественным
содержанием первых, поэтому было исследовано влияние представителей
таких углеводородов: моноциклических Ar1, полициклических Ar2,
многокомпонентной смеси АУ Ar 3. Зависимость ДПИ топлива от содержания
ароматических углеводородов приведены на рисунке 1.
134
ДПИ, мм.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
0,95
0,90
0,85
0,80
0,75
0,70
0,65
0,60
0,55
0,50
0,45
Ar2
Ar3
Ar1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Концентрация добавки, % масс.
Рис. 1. Зависимость ДПИ от концентрации ароматических углеводородов
Из рисунка 1 видно, что среди исследованных углеводородов
максимальное влияние на смазывающую способность ДТ оказывают
моноциклические АУ (Ar1). При их содержании в топливе при концентрации
0,05 % масс. наблюдается снижение ДПИ с 0,90 до 0,80 мм. В области
больших концентраций данная тенденция усиливается: при концентрации 5,0
% масс. ДПИ составляет 0,65, а при 11,0 % масс. – 0,50 мм. Введение в состав
базового топлива бициклических АУ (Ar2) приводит к менее значительному
снижению ДПИ. Так при содержании в топливе 0,05 % масс. Аr2 ее ДПИ
составляет 0,82 мм. С увеличением содержания этих углеводородов
наблюдается дальнейшее незначительное снижение ДПИ. Техническая смесь
ароматических углеводородов Ar2 оказывает промежуточное влияние на
смазывающую способность.
С целью изучения влияния нормальных алканов на смазывающую
способность дизельного топлива в качестве добавок к базовому топливу были
исследованы линейные (нормальные) алканы с числом атомов углерода
равным 14 (Alk 14) и 11 (Alk 11). Результаты исследований представлены на
рисунке 2.
135
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
0,95
0,90
ДПИ, мм.
0,85
0,80
0,75
0,70
alk №2
0,65
0,60
alk №1
0,55
0,50
0
2
4
6
8
10
Концетрация добавки, % об.
Рис. 2. Зависимости ДПИ топлива от содержания n-алканов
Из рисунка 2 видно, что введение в состав базового топлива нормальных
алканов может привести к значимому снижению ДПИ топлива лишь в
области относительно больших концентраций (1 % об. и более). Так при
содержании 5,0 % об. Alk № 1 и Alk № 2 в топливе, ее ДПИ снижается до 0,65
(на 28 %) и 0,70 мм. ( на 22 %), соответственно.
Алкены характеризуются высокой полярностью молекул. Поэтому,
можно предположить, что введение в состав топлива таких углеводородов
может улучшить его смазывающую способность. Для оценки влияния
алкеновых углеводородов на смазывающую способность топлива были
исследованы α – алкены линейного (нормального) строения с числом атомов
углерода равным 8, 10, 12, 14 и 20, соответственно, Ol 8, Ol 10, Ol 12, Ol 14 и
Ol 20. Полученные результаты представлены в таблице 2.
Таблица 2
ДПИ топлива с различным содержанием алкенов
Содержание добавки, % об.
Обозначение добавки
0,00
0,10
0,50
1,00
5,00
Ol 8
0,90
0,87
0,86
0,89
0,87
Ol 10
0,90
0,88
0,87
0,86
0,87
Ol 12
0,90
0,88
0,89
0,88
0,86
Ol 14
0,90
0,86
0,86
0,87
0,86
Ol 20
0,90
0,85
0,85
0,87
0,87
136
11,0
0,87
0,87
0,88
0,86
0,87
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Из таблицы 2 следует, что введение в состав базового топлива линейных
алкенов практически не влияет на его ДПИ, то есть эти углеводороды
остаются практически нейтральными к изменению смазывающей способности.
Таким образом, в результате проведенных исследований было
обнаружено положительное влияние ароматических углеводородов и налканов на смазывающую способность малосернистых дизельных топлив,
причем первые проявляют положительный эффект уже при незначительном
содержании и усиливают его с увеличением концентрации в топливе.
Нормальные алканы положительно влияют на смазывающую способность
топлива лишь при относительно больших концентрациях.
Алкановые углеводороды изостроения, представляющие основу
модельного топлива, имеют большие значения ДПИ, то есть низкую
смазывающую способность. Алкеновые углеводороды характеризуются
близкими к изоалканам значениями ДПИ, то есть также низкой смазывающей
способностью.
УДК 504.628.3./4
Г.А. ТЕПТЕРЕВАа), Ф.Х. КУДАШЕВАа), А.Д. БАДИКОВАа),
И.Н. КУЛЯШОВАб), К.Н. КОНСТАНТИНОВа)
а) Башкирский государственный университет (г. Уфа)
б) ОАО «Дубитель» (г. Уфа)
ВЛИЯНИЕ ТАННИДНОСТИ ЛИГНОСУЛЬФОНАТА НА ПОКАЗАТЕЛЬ
РАЗЖИЖЕНИЯ БУРОВОГО РЕАГЕНТА
Буровые растворы предназначены для создания технологически
выгодных условий в процессе бурения. Придание необходимых свойств
буровым растворам обеспечивается обработкой химическими реагентами и
специальными добавками. Химические реагенты, используемые для обработки
буровых растворов, в зависимости от назначения, могут быть реагентамистабилизаторами, реагентами-структурообразователями или реагентами
специального назначения [1].
Известны несколько больших групп химических реагентов [2]:
неорганические реагенты (щелочь, сода, кальцинирующие добавки, силикаты
натрия); полифенольные реагенты (растительные и искусственные танниды);
реагенты на основе лигнина (лигносульфонаты и их производные, окисленный
лигнин); реагенты на основе полисахаридов (эфиры, целлюлозы, крахмал,
биополимеры), а также, поверхностно-активные и синтетические полимеры.
Реагенты на основе лигнина относятся к категории реагентовстабилизаторов и являются наиболее эффективными для снижения вязкости
буровых растворов, применяемых при бурении глинистых отложений, гипсов,
ангидридов и карбонатных пород. Источником природного лигнина служит
137
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
древесина. Поскольку природный лигнин практически нерастворим в воде [3],
для придания ему гидрофильности и водорастворимых свойств, используются
сульфитная и щелочная варки исходной древесины [1]. Следует отметить, что
лигносульфонаты получаются только в результате разварки древесины
сульфитным способом. Сульфитный способ включает три вида варок: кислую,
нейтральную и бисульфитную [1]. При сульфитном способе варки
обеспечивается разрыв лигноуглеводных связей. Таким образом, повышается
степень делигнификации и увеличивается молекулярная масса получаемых
лигносульфонатов за счет реакций полимеризации и поликонденсации [1]. В
свою очередь, увеличение молекулярной массы характеризует содержание
основного вещества (лигносульфоната) в товарном продукте [1]. Установлено,
что в товарном продукте ЛСТ содержание лигносульфонатов (основного
вещества) находится в диапазоне от 40 до 90 % [1], но не регламентируется
нормативными документами.
Полидисперсный
и
функциональный
состав
получаемых
лигносульфонатов зависит не только от вида варки, но и от породы древесины.
Например, при переработке твердых пород древесины массовая доля получаемых
лигносульфонатов составляет не более 42 %, а массовая доля лигносульфонатов,
полученных из хвойных пород, как правило, превышает 55 %. Известно, что
практически все производимые в мире буровые реагенты на основе лигнина,
получают при варке древесины твердых пород [1].
В химическом отношении лигносульфонаты представляют собой
сложное соединение производных фенилпропана, с эфирными, ацетальными и
углерод-углеродными связями, являясь таким образом модифицированным
лигнином. Из литературы известно, что в составе древесины лиственных и
хвойных пород находится 28-34 % лигнина [3]. Содержание основных
функциональных групп в лигнине показано в таблице 1 [1]:
Таблица 1
Содержание основных функциональных групп в лигнине
Функциональные группы
Содержание, % масс.
Метоксильные (OCH3 )
41-43
Общие гидроксильные (ОН)
32-36
Фенольные гидроксильные (ОН)
17-18
Карбонильные (СО)
10-12
Карбоксильные (СООН)
7-8
Из таблицы 1 видно, что содержание гидроксильных групп в лигнине
меньше, чем суммарное содержание в нем углеродсодержащих групп и
соотношение их составляет 32-36 % к 58-63 % соответственно. При
сульфитной варке состав и соотношение этих функциональных групп
изменяется (табл. 2).
138
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 2
Содержание функциональных групп* в лигносульфонате [1]:
Название функциональных групп
Содержание,% масс.
Общие гидроксильные (ОН)
58
Фенольные гидроксильные (ОН)
35
Карбонильные (СО)
0,05
Карбоксильные (СООН)
0,09
* без учета сульфогрупп
Из данных таблицы 2 видно, что соотношение функциональных групп в
лигносульфонате, в отличие от исходного лигнина, меняется в сторону
увеличения гидроксильных групп. Содержание гидроксильных групп
значительно увеличивается по отношению к углеродсодержащим группам, и
их соотношение составляет 58 % к 0,14 % соответственно. Известно, что
содержание гидроксильных групп в веществах растительного происхождения,
характеризует их дубящие свойства. Содержание дубящих веществ является
основным показателем в производстве дубителей и на основе искусственных
полимеров [2]. Характеристикой дубящих свойств полимеров различного
происхождения
служит
таннидность.
Таким
образом,
качество
лигносульфонатов, как природных полимеров, содержащих значительные
количества гидроксильных групп, можно оценивать по величине таннидности.
Тогда, величина таннидности, определяемая для лигносульфонатов,
используемых в качестве сырья при производстве бурового реагента, способна
оказывать влияние на качественное характеристики бурового продукта,
основной из которых является показатель разжижения.
В этой связи, целью работы являлось определение влияния таннидности
исходного лигносульфоната на показатель разжижения бурового реагента.
В экспериментальных работах в качестве объектов исследований
использовались пробы лигносульфоната технического нескольких партий. По
каждой партии лигносульфоната определялось значение таннидности
гравиметрическим методом.
Получение бурового реагента из указанных партий лигносульфоната
технического осуществляли по методике [2] с использованием следующих
реагентов: 9-13 % масс. Na2Cr2O7; 12-16 % масс. H2SO4; 6-7 % масс. NaOH,
лигносульфонат технический ЛСТ до 100 %. Процесс осуществлялся при рН
1,52 в течение 3 часов и температуре 35 С с дальнейшим повышением рН до
4,0 раствором гидроксида натрия и последующей фильтрацией и сушкой.
Показатель разжижения полученного бурового реагента определялся в % по
отношению к глинистому раствору. Результаты экспериментов (каждый
образец соответствует усредненному значению из 5 проб) представлены в
таблице 3:
139
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 3
Характеристика исходного лигносульфоната и
получаемого из него бурового реагента
№ образца
Таннидность исходного
лигносульфоната, %
Показатель разжижения
полученного бурового
реагента, %
1
2
3
35-36
37-39
41 и выше
45-47
50
56 и выше
Из данных таблицы 3 видно, что показатель таннидности в различных
партиях исходного сырья (ЛСТ) изменяется в интервале от 35 до 41 %.
Показатель разжижения получаемого на основе ЛСТ бурового реагента
изменяется от 45 до 56 % соответственно. Таким образом, можно отметить
влияние таннидности исходного лигносульфоната на показатель разжижения
бурового реагента в следующем: с увеличением таннидности сырья,
показатель разжижения бурового реагента пропорционально увеличивается.
Кроме того, поскольку содержание основного вещества в лигносульфонате
техническом (ЛСТ) не нормируется по существующим документам на выпуск
ЛСТ, показатель таннидности может использоваться как характеристика на
содержание основного вещества.
Список литературы
1. Гаврилов Б.М. Лигно-полимерные реагенты для буровых растворов /
Б.М. Гаврилов. – Краснодар, 2004.
2. Кистер Э.Г. Химическая обработка буровых растворов / Э.Г. Кистер. – М.:
Недра, 1972.
3. Никитин Н.И. Химия древесины и целлюлозы / Н.И. Никитин. – М.: АН
СССР, 1962.
УДК 675.391.394.32
Л.Г. КРИВОНОСОВА, С.П. ЛОМАКИН
Уфимская государственная академия экономики и сервиса (г. Уфа)
ПОЛУЧЕНИЕ ГИДРОЛИЗАТОВ КОЛЛАГЕНА
Переработка кожевенных отходов уже давно неотъемлемая часть
производства кожи, способ улучшения экономического положения и решения
целого ряда экологических проблем. При переработке кожевенного сырья в
кожу образуется большое количество отходов (30-50 % от массы сырья).
140
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Наиболее
интересным
направлением
переработки
является
использование всех свойств основной составной части кожи – гидрофильного
полимера – коллагена.
В последние годы все более широкое применение находят белковые
материалы, в частности, белковые гидролизаты, источником получения
которых служат коллагенсодержащие отходы. Гидролизаты – продукты
реакции разложения, в результате которой образуются химические соединения
с новыми свойствами.
Коллаген обладает способностью реагировать как с кислотами, так и с
щелочами, то есть он является амфотерным полиэлектролитом. Исходя из
этого, растворение коллагена проводили в кислотной и щелочной средах. В
качестве щелочной среды взяли гидроксид натрия. Перед обработкой
растворителем, кожевенные отходы подвергали воздействию воды (процесс
набухания) в течение 14 часов. Далее набухшие образцы растворяли в
соответствующих растворителях.
Кислотному гидролизу кожевенные отходы подвергали в присутствии
муравьиной (при рН=1) и уксусной (рН=3) кислот в соотношении 10 грамм
кожевенных отходов и 150 мл растворителя (1 М раствор) в течение 48 часов
при температуре 20 °С при периодическом перемешивании. В результате
кожевенные отходы полностью растворили и получили однородный раствор
гидролизата [1].
Полученные дисперсии коллагенов можно использовать в различных
отраслях народного хозяйства. В кожевенной промышленности их используют
в составе красок для покрывного крашения и для производства дубителей.
Также белковые гидролизаты находят применение в строительстве для
малярных, отделочных работ, приклеивания декоративных облицовочных
плиток.
Целью наших исследований является использование гидролизатов в
нефтехимии. Одним из таких способов является реакция тиометилирования
гидролизата с целью получения из него новых продуктов, а также в процессе
очистки нефтепродуктов от серосодержащих соединений.
Список литературы
1. Головтеева А.А. Лабораторный практикум по курсу химии и технологии
кожи и меха / А.А. Головтеева, Д.А. Куциди, Л.Б. Санкин. – М., 1971. – 269 с.
141
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
УДК 547.584.03
Е.А. ЛАСКИНА, А.Д. БАДИКОВА, Р.Н. ГИМАЕВ, Ф.Х. КУДАШЕВА
Башкирский государственный университет (г. Уфа)
К ВОПРОСУ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ПРОИЗВОДСТВА
ТЕРЕФТАЛЕВОЙ КИСЛОТЫ ОТ СОЕДИНЕНИЙ МАРГАНЦА
В настоящее время внедряется способ производства терефталевой
кислоты посредством окисления алкил-ароматического углеводорода, такого
как п-ксилол в жидкой фазе молекулярным кислородом или газом, его
содержащим, при нагревании под давлением в присутствии катализатора,
содержащего окиси тяжелых металлов (обычно ацетата кобальта или
марганца), в среде растворителя, например низшей карбоновой кислоты.
Следовательно, возникает необходимость аналитического контроля
содержания тяжелых металлов в сточных водах производства терефталевой
кислоты.
В этой связи проводился анализ сточных вод производства терефталевой
кислоты на содержание соединений марганца.
Анализ сточных вод на содержание соединений марганца осуществляли
фотоколориметрическим
методом.
Экспериментально
апробировали
различные способы пробоподготовки, поскольку в пробах сточных вод
присутствуют мешающие для определений компоненты (органические
соединения, железо и т.д.).
Анализ образцов сточных вод производства терефталевой кислоты
показал, что содержание соединений марганца в трех образцах отсутствует, а в
образце № 3 составило 0,47 мг/л, что превышает ПДК примерно в 50 раз,
следовательно, должны подвергаться очистке от соединений марганца с
использованием реагентов.
В этой связи, экспериментально апробировали реагентные методы
очистки пробы воды № 3 различными реагентами, а именно отходами и
полупродуктами содового производства, с подбором оптимальных условий.
Схема обработки сточных вод, содержащих соединения марганца
известковым молоком (на основе шлама рассолоочистки содового
производства) включает операции осаждения и коагуляции при подобранных
значениях рН с последующим удалением осадка гидроксидов. Известковое
молоко используется в качестве нейтрализующего реагента для кислых
сточных вод, как продукт наиболее дешевый и рациональный с точки зрения
технологии очистки. При нейтрализации сточных вод гидроокисью кальция,
присутствующий в известковом молоке шлам способствует коагуляции частиц
гидроокисей металлов и других нерастворимых примесей. Процесс осаждения
соединений двухвалентного марганца происходит в несколько стадий.
142
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Двухвалентный марганец содержащийся в сточных водах реагируя с
гидрооксидом кальция образует труднорастворимую гидроокись марганца (II),
в дальнейшем окисляясь переходит гидроксид марганца (IV).
Mn2+ + 2 OH- = Mn(OH)2 ↓
Mn(OH)2 ↓ + O2 + H2O = Mn(OH)4 ↓
В качестве реагента использовали суспензию известкового молока, в
которой содержание СаОакт. колеблется 247-266 г/дм3 , плотность суспензии
известкового молока 1,200-1,291 г/см3 .
Эксперимент проводили следующим образом: в химические стаканы
емкостью 1000 см3, отбирали 200 см3 сточной воды. При постоянном
перемешивании по каплям добавляли суспензию известкового молока, до
определенного значения рН раствора и оставляли отстаиваться в течение 15-30
минут. Концентрацию соединений марганца в растворе контролировали до и
после контакта с реагентом. Оптимальным расходом реагента (суспензии
известкового молока) считали минимальное количество реагента,
необходимого для осаждения соединений марганца при данных условиях,
используя суспензию известкового молока различной концентрации. Данные
исследований приведены в таблице 1.
Как и следовало ожидать, при контакте с известковым молоком значения
рН исходных очищаемых растворов увеличивались.
Среда (рН) очищенных растворов соответствует санитарногигиеническим требованиям, предъявляемым к очищенным сточным водам.
143
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 1
Степень извлечения соединений марганца
при различных параметрах очистки
рН
Соотношение
Конц. соединений
Степень
3
фильтрата
«Сточная вода:
марганца, мг/дм
извлечения, %
реагент»
Суспензия известкового молока, СаОакт. = 233 г/дм3 , p = 1,130 г/см3
Исходн. обр. 0,60
5
200 : 0,05
0,59
1,7
5
200 : 0,10
0,58
3,3
5
200 : 0,15
0,56
6,7
5
200 : 0,20
0,48
20,0
5
200 : 0,25
0,37
38,3
5,5
200 : 0,50
0,10
83,3
5,5
200 : 1,00
0,05
91,7
5,5
200 : 1,50
0,01
98,3
6
200 : 2,00
0,01
98,3
6
200 : 2,50
0
100
3
Суспензия известкового молока, СаОакт. = 247 г/дм , p = 1,200 г/см3
Исходн.обр. 0,50
5
200 : 0,05
0,50
16,7
5
200 : 0,10
0,42
30,0
5
200 : 0,15
0,36
40,0
5,5
200 : 0,20
0,33
45,0
5,5
200 : 0,25
0,10
83,3
5,5
200 : 0,50
0,05
91,7
6,5
200 : 1,00
0,05
91,7
7
200 : 1,50
0
100
7,5
200 : 2,00
0
100
8
200 : 2,50
0
100
3
Суспензия известкового молока, СаОакт. = 266 г/дм , p = 1,291 г/см3
Исходн.обр. 0,50
5
200 : 0,05
0,50
16,7
5,5
200 : 0,10
0,10
83,3
5,5
200 : 0,15
0,10
83,3
5,5
200 : 0,20
0,10
83,3
5,5
200 : 0,25
0,10
83,3
6
200 : 0,50
0
100
7
200 : 1,00
0
100
Результаты реагентной очистки сточных вод от соединений марганца
показывают, что максимальное извлечение ионов марганца (II) достигается в
случае использования известкового молока с концентрацией СаОакт. = 233
144
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
г/дм3 и p = 1,130 г/см3 при рН = 6 и объемном соотношении «сточная
вода:реагент» - «200 : 2,50»; - с концентрацией СаОакт. = 247 г/дм3 и p= 1,200
г/см3 при рН = 6 и объемном соотношении «сточная вода:реагент» - «200 :
1,50»; - с концентрацией СаОакт. = 266 г/дм3 и p= 1,291 г/см3 при рН = 6 и
объемном соотношении «сточная вода:реагент» - «200 : 0,50».
Таким образом, показана принципиальная возможность очистки сточных
вод от соединений марганца реагентом – известковым молоком на основе
шлама рассолоочистки содового производства.
УДК 547.315+547.323+547.391.8
Н.М. ИШМУРАТОВАа, М.П. ЯКОВЛЕВАа, Ю.В. ЛЕГОСТАЕВАа,
К.А. ТАМБОВЦЕВа, С.Г. САЛИМОВа, Г.Ю. ИШМУРАТОВа,
Г.А. ТОЛСТИКОВб
а
Институт органической химии УНЦ РАН (г. Уфа)
б
Новосибирский институт органической химии им. Н.Н.Ворожцова СО РАН
(г. Новосибирск)
ДВА ПОДХОДА К СИНТЕЗУ 9-ОКСО- И 10-ГИДРОКСИ-2Е-ДЕЦЕНОВЫХ
КИСЛОТ – ВАЖНЕЙШИХ КОМПОНЕНТОВ МАТОЧНОГО ВЕЩЕСТВА И
МАТОЧНОГО МОЛОЧКА МЕДОНОСНЫХ ПЧЕЛ APIS MELLIFERA L
В качестве важнейших компонентов маточного вещества и маточного
молочка медоносной пчелы Apis mellifera L. идентифицированы
соответственно 9-оксо- (1) и 10-гидрокси- (2) -2Е-деценовые кислоты.
Последняя обладает бактерицидными, фунгицидными и противоопухолевыми
свойствами
[1].
В
свою
очередь,
оксокислота
(1)
является
многофункциональным феромоном медоносных пчел, играя исключительную
роль в регулировании их поведения и жизнедеятельности [2]. К тому же для
нее выявлены значительные фармакологические свойства (антибактериальные,
противовоспалительные, как ускорителя заживления лоскутных ран и
термических ожогов и иммуномодулятора) [3] и антидотная активность [4].
Описан целый ряд синтезов кислот (1) и (2), различающиеся по методам
введения оксо-, гидрокси- и α,-ненасыщенной карбоксильной групп [5].
Нами предлагаются два подхода к получению целевых кислот (1) и (2),
базирующиеся на ранее описанных трансформациях [6, 7] кето- (7) и
альдегидо- (9) -ацетатов с использованием на стадии построения сопряженной
карбоксильной группы реакции Дебнера. В свою очередь, промежуточные
соединения (7) и (9) синтезированы из доступных аллила бромистого и 1,7октадиена (3) [8] через стадию общего для них ключевого синтона – 7-октен-1илацетата (6). С этой целью первый из них реакцией катализированного (CuI –
2,2’-бипиридил)
кросс-сочетания
превращен
сначала
в
тетрагидропираниловый эфир 7-октен-1-ола (4), а затем в требуемый ацетат
145
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
(6). Другой подход основан на селективно протекающей реакции
моногидроалюминирования диена (3) диизобутилалюминийгидридом при
комнатной температуре в присутствии ZrCl4 как катализатора (в отличие от
ранее
описанного
[8]
термического
варианта
с
помощью
о
триизобутилалюминия
при
100 )
и
окисления
образующегося
алюминийорганического соединения до 7-октен-1-ола (5), далее стандартным
образом переведенного в ацетат (6).
Дальнейшие трансформации ключевого (6) по направлению к
оксокислоте (1) состояли в одностадийном его превращении по Уокеру-Цудзи
в кетоацетат (7). При построении строительного блока (9) для
гидроксикислоты (2) выполнен его двухстадийный синтез через
промежуточный моноэфир 1,8-октандиола (8) на основе хемо- и
региоселективно протекающей реакции гидроборирования – окисления.
MgBr(CH2)5OTHP
Br
OTHP
CuI - 2,2'-PyPy
(CH2)4
4
3
i
1. Bu 2AlH , ZrCl4
2. O2
3. H2SO4 - H2O
AcCl , AcOH
OAc
Ac2O , Py
OH
6
5
O2 , PdCl2 - Cu2Cl2
1. 9-BBN
2. H2O2 , AcONa
O
HO
OAc
OAc
8
7
PCC , CH2Cl2
[5 ]
O
O
CO2H
OAc
9
1
[9]
HO
CO2H
2
Таким образом, исходя из аллила бромистого и 1,7-октадиена
предложены два подхода к синтезу 9-оксо- и 10-гидрокси-2Е-деценовых
146
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
кислот – биологически активных компонентов маточного вещества и
маточного молочка медоносных пчел соответственно – с использованием
хемо- и региоселективных трансформаций общего промежуточного
строительного блока – 7-октен-1-илацетата.
Список литературы
1. Пятнова Ю.Б., Иванов Л.Л., Кыскина А.С. // Успехи химии. – 1969. – Т. 38. –
№ 2. – С. 248.
2. Лебедева К.В. Феромоны насекомых / К.В. Лебедева, В.А. Миняйло, Ю.Б.
Пятнова. – М.: Наука, 1984. – 268 с.
3. Ишмуратов Г.Ю., Исмагилова А.Ф., Шарипов А.А. и др. // Хим.-фарм.
журнал. – 2003. – Т. 37. – № 6. – С. 31.
4. Ишмуратова Н.М., Ишмуратов Г.Ю., Толстиков Г.А. и др. // Вестник
РАСХН. – 2007. – № 2. – С. 84.
5. Ишмуратов Г.Ю., Харисов Р.Я., Боцман О.В. и др. // Химия природных
соединений. – 2002. – № 1. – С. 3.
6. Ишмуратов Г.Ю., Яковлева М.П., Боцман Л.П. и др. // Химия природных
соединений. – 2003. – № 1. – С. 28.
7. Chiron R. // J. Chem. Ecol. – 1982. – V. 8. – № 4. – С. 709.
8. Толстиков Г.А., Одиноков В.Н., Галеева Р.И. и др. // Химия природных
соединений. – 1982. – № 2. – С. 239
9. Одиноков В.Н., Ишмуратов Г.Ю., Толстиков Г.А. // Химия природных
соединений. – 1983. – № 6. – С. 695.
УДК 541.64: 542.952
З.С. САМИГУЛЛИНА, В.М. ЯНБОРИСОВ
Уфимская государственная академия экономики и сервиса (г. Уфа)
КОМПЛЕКСООБРАЗОВАНИЕ В РЕАКЦИИ ДИМЕРИЗАЦИИ 3-ХЛОР-3ФЕНИЛФТАЛИЛИДЕНА КАК МОДЕЛЬ МЕХАНИЗМА
ПОЛИКОНДЕНСАЦИИ ХЛОРЗАМЕЩЕННЫХ АРИЛЕНФТАЛИДОВ
Полиариленфталиды – сравнительно новый класс поликонденсационных
полимеров, обладающих ценными физико-химическими свойствами: высокой
термостойкостью, хорошей растворимостью в органических растворителях и
устойчивостью к действию минеральных кислот и щелочей.
Первые сообщения о синтезе полиариленфталидов относятся к 80-м
годам XX века. Одним из перспективных путей их получения является
поликонденсация хлорпроизводных о-фталевой кислоты под действием кислот
Льюиса:
147
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Cl
C
n
H
RH
Cl
R
C
-(n-1)HCl
O
O
C
O
C
O
n
,
R – ароматические полиядерные фрагменты
Для установления деталей механизма поликонденсации нами были
выбраны квантово-химические методы, которыми мы определяли строение и
термодинамические параметры участников исследуемого процесса. Расчеты
проводились в рамках теории ограниченного метода Хартри-Фока с
использованием валентно-расщепленного базиса 3-21G*.
В качестве модельной мы выбрали реакцию димеризации 3-хлор-3фенилфталилидена под действием хлорида алюминия.
Cl
2
Cl
AlCl3
O
O
-HCl
O
O
O
O
Мы предполагаем, что существует два пути протекания этой реакции:
во-первых, через образование ионной пары (1), во-вторых, через образование
полярного комплекса. В данном случае хлорид алюминия может
взаимодействовать как с карбонильным атомом кислорода (2а), так и с атомом
кислорода в цикле (2б).
1
2а
2б
H3530 = -106 кДж/моль
H3530 = -206 кДж/моль
148
H3530 = -150 кДж/моль
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Очевидно, что присоединение молекулы катализатора к карбонильному
атому кислорода (2а) не способствует получению димера. Возможно, именно
образование такого термодинамически устойчивого комплекса является
причиной затрат большого количества хлорида алюминия (до 140 % мол. от
мономера [1]) в процессе поликонденсации хлорзамещенных ариленфталидов.
Сходные результаты были получены нами при исследовании взаимодействия
3-хлор-3-фенилфталилидена с хлоридом цинка [2].
Список литературы
1. Салазкин С.Н. Ароматические полимеры на основе псевдохлорангидридов //
Высокомолек. соед. – 2004. – Т. 46. – № 7. – C. 1244.
2. Самигуллина
З.С.,
Янборисов
В.М.
Превращения
некоторых
хлорпроизводных о-фталевой кислоты в ходе реакции поликонденсации // IX
Всероссийская научная школа-конференция по органической химии. – М.:
ИОХ РАН, 2006. – С. 309.
УДК 543. 544
Э.Р. ВАЛИНУРОВА, А.Д. КАДЫРОВА, А.Р. ГИМАЕВА
Башкирский государственный университет (г. Уфа)
СОРБЦИОННАЯ ОЧИСТКА ВОДЫ ОТ ИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ
УГЛЕРОДНЫМИ ВОЛОКНИСТЫМИ МАТЕРИАЛАМИ
В настоящее время все большее внимание уделяется на средне- и
низкомодульные углеродные волокнистые материалы, которые могут быть
использованы в различных областях промышленности и народного хозяйства.
Активированные углеродные волокна (АУВ) обладают рядом ценных
свойств, выгодно отличающих их от широкоприменяемых в промышленности
активированных зерненных углей. Благодаря развитой пористости, удельной
поверхности, сочетания высокой фильтрующей способности с хорошими
сорбционно-кинетическими
свойствами
активированные
углеродные
волокнистые материалы (АУВМ) применяются в качестве сорбентов
различных загрязнителей объектов окружающей среды, в том числе ионов
тяжелых металлов [1-2].
Целью данной работы было исследование сорбционной активности
АУВМ к ионам Co, Ni, Cu, Cr (VI). Для сравнения также были взяты в
качестве сорбентов активированный березовый уголь марки БАУ-А и
окисленное активированное углеродное волокно (ОАУВ). ОАУВ получали
окислением исходного АУВ концентрированной азотной кислотой при
кипячении в течение одного часа. Сорбционные исследования проводили в
статических условиях при комнатной температуре и постоянном
149
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
перемешивании. Предварительно были выбраны оптимальные условия
эксперимента: pH раствора и время установления сорбционного равновесия
между сорбентом и растворами солей тяжелых металлов. Равновесную
концентрацию ионов тяжелых металлов определяли фотоколориметрически по
методикам [3].
Полученные изотермы сорбции по катионам Cu и Ni в качестве примера
приведены на рисунках 1 и 2.
Как видно из рисунков изотермы сорбции при малых концентрациях
ионов металлов в растворе сильно изогнуты к оси адсорбции, что
свидетельствует о микропористости адсорбентов и значительном
взаимодействии сорбатов с активными группами на поверхности адсорбентов.
а, 105мг/г 120
3
100
80
60
1
40
2
20
0
0
20
40
60
Ср,102 мг/л
Рис. 1. Изотермы сорбции ионов меди на АУВ (1), БАУ-А (2), ОАУВ (3)
а,104 мг/г
20
3
15
10
2
5
1
0
0
10
20
30
40
2
Ср,10 мг/л
Рис. 2 Изотермы сорбции ионов никеля на АУВ (1), БАУ-А (2), ОАУВ (3)
Известно [4], что на поверхности углеродных адсорбентов
сосредоточены, главным образом, кислородсодержащие функциональные
150
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
группы: фенольные, лактонные, карбонильные и карбоксильные. При
жидкофазном окислении число поверхностных активных групп значительно
возрастает. Концентрация карбоксильных групп на окисленном углеродном
волокне выросла в 2,5 раза, а содержание лактонных и фенольных групп,
практически отсутствующих на АУВ, достигла 15 и 29 % соответственно от
общего содержания активных групп на окисленном углеродном волокне.
В таблице приведены значения степени извлечения углеродными
адсорбентами ионов тяжелых металлов из модельных водных растворов.
Таблица
Степени извлечения ионов Co (II), Ni (II), Cu (II), Cr (VI)
углеродными адсорбентами
R, %
Сорбент
Co (II)
Ni (II)
Cu (II)
Cr (VI)
БАУ-А
16
35
83
24
АУВ
12
40
96
68
ОАУВ
100
100
93
61
Как видно из таблицы, сорбционная активность углеродного волокна к
ионам тяжелых металлов различна. Наиболее лабильные катионы меди
извлекаются углеродными сорбентами лучше, чем инертные аквакомплексы
кобальта и никеля. Окисленное волокно во всех случаях обладает высокой
извлекающей способностью, что может быть эффективно использовано при
доочистке воды от ионов тяжелых металлов.
Список литературы
1. Земскова Л.А., Авраменко В.А., Черных В.В. и др. // ЖПХ. – 2004. – Т 77.
Вып. 7. – С. 1116-1119.
2. Варшавский В.Я. Углеродные волокна / В.Я. Варшавский. – М., 2005. – 500с.
3. Лурье Ю.Ю. Унифицированные методы анализа вод / Ю.Ю. Лурье. – М.:
Химия, 1971. – 375 с.
4. Тарковская А.И. Окисленный уголь / А.И. Тарковская. – Киев: Наукова
думка, 1981. – 197 с.
151
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
УДК 665.753.3
А.Р. МАВЛЮТОВ, Р.Р. ШАЙХУТДИНОВ, О.А. БАУЛИН, М.Н. РАХИМОВ
Уфимский государственный нефтяной технический университет (г. Уфа)
СИНТЕЗ ПРОМОТОРА ВОСПЛАМЕНЕНИЯ ДЛЯ ДИЗЕЛЬНЫХ ТОПЛИВ
Из всех аспектов общей экологической обстановки на сегодняшний день
наибольшее внимание в развитых странах уделяется проблеме загрязнения
атмосферы вредными веществами, образующимися в результате сжигания
моторных топлив, прежде всего автомобильным транспортом. Учитывая, что в
структуре потребления топлив доминирующим является дизельное, особое
внимание необходимо обратить к его экологической чистоте.
Основными направлениями по повышению экологической чистоты
топлив являются производства топлив с улучшенными экологическими
показателями, менее токсичных двигателей, каталитических нейтрализаторов.
Применительно к дизельному топливу перспективными являются первые два
направления.
Производство дизельных топлив с улучшенными экологическими
показателями связано со значительным снижением в нем сернистых, азотных
соединений и полициклических ароматических углеводородов.
В 2000 году был изменен европейский стандарт EN 590, ужесточающий
требования к качеству дизельного топлива.
В таблице 1 приведены требования к качеству дизельного топлива
согласно EN 590. Из табличных данных видно, что были скорректированы
значения некоторых показателей и введены новые: содержание
полициклических ароматических углеводородов, смазывающая способность,
окислительная стабильность.
Таблица 1
Требования к качеству дизельных топлив по EN 590
Показатели
Значение
1996-1999 Действующий
г.г.
с 2000 г.
Массовая доля серы, % не более
0,3
0,035
Цетановое число, не менее
49
51
3
Плотность при 15˚С, кг/м
820-860
820-845
2
Кинематическая вязкость при 40˚С, мм /с
2,0-4,5
2,0-4,0
Фракционный состав: 95% перегоняется до, ˚С
370
360
Содержание полициклических ароматических Не норм.
11
углеводородов, % не более
Смазывающая способность, мкм, не более
Не норм.
460
3
Окислительная стабильность, г/м , не более
Не норм.
25
152
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Из таблицы 1 видно, требования к цетановому числу последовательно
повышаются. Для России эта проблема до недавнего времени была не так
актуальна как в Европе, так как в топливном балансе страны велика доля
прямогонных дизельных фракций с высоким цетановым числом. В настоящее
время, в связи с увеличением глубины переработки нефти и началом выпуска
нефтепродуктов европейского качества, необходимость повышения
цетанового числа (ЦЧ) дизельных топлив стала повышаться.
Методом повышения ЦЧ, получившим наибольшее распространение,
является добавление специальных присадок, так называемых «промоторов
воспламенения». Принцип действия таких присадок заключается в
значительно более легком распаде их молекул до свободных радикалов,
проявляющих инициирующее действие на процесс горения топлива.
Нами была синтезирована присадка, – промотор воспламенения,
посредством нитрования побочного высокомолекулярного продукта процесса
гидроформилирования пропилена (ВППГП). Данный продукт представляет
собой смесь алифатических спиртов (свыше 70 % масс.), с числом атомов
углерода равным и большим восьми, и карбоновых кислот (до 20 % масс.).
Нитрование осуществляли путём постепенного (в течение 2 ч.) добавления
азотной кислоты к ВППГП при энергичном перемешивании и температуре 2030 °С.
Полученному продукту (присвоили шифр ЦПП) было определено
цетановое число на установке ИТ-9. Зависимость цетанового числа дизельного
топлива от массовой доли присадки ЦПП изображена на рисунке 1.
57
Цетановое Число
55
53
51
49
47
45
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
Присадка, %
Рис. 1. Зависимость ЦЧ от содержания присадки ЦПП
153
3,00
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Из рисунка 1 видно, что наличие 0,3 % масс. присадки ЦПП достаточно для
повышения ЦЧ дизельного топлива до 51 ед., что является нижней границей
этого показателя согласно ЕN-590. Повышение ЦЧ при этом составляет 6
пунктов.
Таким образом, в результате проведенных исследований была показана
принципиальная возможность синтеза присадки для дизельных топлив, –
промотора воспламенения, посредством нитрования азотной кислотой побочного
продукта процесса гидроформилирования пропилена. Полученная в
лабораторных условиях присадка имеет высокую эффективность. Дальнейшие
исследования заключаются в доведении физико-химических свойств указанной
присадки до уровня товарного продукта.
УДК 628.3.345.
А.М. МУСИНА, А.Д. БАДИКОВА, Р.Н. ГИМАЕВ, Ф.Х. КУДАШЕВА
Башкирский государственный университет (г. Уфа)
К ВОПРОСУ ОЧИСТКИ ТЕРЕФТАЛЕВОЙ КИСЛОТЫ
В составе терефталевой кислоты могут содержаться побочные продукты
реакции, такие, как бензойная, п-толуиловая, трикарбоновые кислоты, 4карбоксибензальдегид и другие примеси, которые могут обрывать
полимеризационную цепь и ухудшать кристалличность конечного продукта.
Совершенно нежелательными являются примеси, придающие темную окраску
полимерным производным. Также возникает проблема утилизации твердых
отходов в процессе производства терефталевой кислоты, которые содержат
основного продукта в количестве 60-80 % от общей массы.
В этой связи проводился анализ технического образца производства
терефталевой кислоты.
Определение состава технического образца производства терефталевой
кислоты осуществлялось на жидкостном хроматографе Hewlett Packard (США).
Результаты анализа технического образца (СОК – смесь органических
кислот) производства терефталевой кислоты представлены в таблице 1.
Таблица 1
Состав технических образцов
СОК
Состав
Терефталевая
кислота
Бензойная кислота
П-толуиловая
кислота
Примеси
Исходный
Доокисленный
Очищенный
(H2SO4)
81,4 %
93,0 %
98,5 %
0,7 %
0,6 %
-
11,4 %
6,0 %
0,06 %
11,4 %
6,0 %
1,44 %
154
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таким образом, анализ технического образца твердой пробы
производства терефталевой кислоты содержит целевого продукта 81,4 % масс.,
что на 18,5 % меньше необходимого значения (табл.1).
Следовательно, СОК требует очистки. С этой целью экспериментально
проводились эксперименты по жидкофазному окислению технического
образца производства терефталевой кислоты в присутствии катализатора
(Со/Мn) и промотера NaBr, а также очистке посредством обработки его
концентрированной серной кислотой. Способ основан на том, что абсолютно
чистая терефталевая кислота не разлагается в серной кислоте при температуре
вплоть до 230 °С, в то время как примеси подвергаются преобразованию и
впоследствии легко адсорбируются углем.
Полученные продукты подвергались анализу. Результаты показали, что
после окисления СОК содержание терефталевой кислоты увеличилось на 11,6
%, а после очистки серной кислотой – на 17,3 % (табл. 1).
Таким образом, показано, что очистка технического образца
производства терефталевой кислоты концентрированной серной кислотой
является достаточно перспективным, требует дальнейшего исследования и
выявления оптимальных условий очистки.
УДК 665.753.3
Р.Ф. МУХАРМЕТОВ, М.Н. РАХИМОВ, О.А. БАУЛИН
Уфимский государственный нефтяной технический университет (г. Уфа)
ПРОТИВОИЗНОСНЫЕ ПРИСАДКИ К ДИЗЕЛЬНОМУ ТОПЛИВУ
Современные экологические требования к дизельному топливу
существенно ограничивают содержание в нем сернистых соединений. В связи
с этим возникает проблема снижения смазывающей способности дизельного
топлива, в котором удаляемые сернистые соединения играют роль природной
смазки. Главным образом снижение смазывающей способности дизельных
топлив негативно сказывается на ресурсе работы топливных насосов высокого
давления.
Экологические преимущества от использования малосернистых
дизельных топлив должны быть достигнуты без нанесения ущерба
эксплуатации автомобилей, вызванного плохими смазывающими свойствами
топлив. Наиболее эффективным и распространенным способом повышения
смазывающей
способности
топлив
является добавление в
них
противоизносных присадок.
Среди присадок наибольшее распространение получили присадки на
основе высших карбоновых кислот и их сложных эфиров, а также полимерные
присадки. На рисунке 1 приведены результаты испытаний присадок
155
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Диаметр пятна износа, мкм
полимерного (присадка 1), полимерно-кислотного (присадка 2) и кислотного
типа (присадка 3) [1].
550
500
450
Присадка 1
Присадка 2
400
Присадка 3
350
300
0
0,005
0,01
0,015
0,02
0,025
Содержание присадки в топливе, %
Рис. 1. Влияние различных противоизносных присадок
на смазывающую способность дизельного топлива
В работе приведены результаты исследований в области синтеза
противоизносных присадок на основе высших карбоновых кислот и их
производных (сложных эфиров, амидов, оксикислот и др.).
Список литературы
1. Митусова Т.Н. Современные дизельные топлива и присадки к ним /
Т.Н. Митусова, Е.В. Полина, М.В. Калинина. – М.: Техника, 2002. – 64 с.
УДК 004.382.7:615
А.Д. МУХАМЕТОВ, В.Р. ХАЙРУЛЛИНА, Г.П. ТАРАСОВ,
А.Я. ГЕРЧИКОВ, Г.Г. ГАРИФУЛЛИНА, Ф.С. ЗАРУДИЙ, Л.А. ТЮРИНА
Башкирский государственный университет (г. Уфа)
МОДЕЛЬ ПРОГНОЗА ПРОТИВОВОСПАЛИТЕЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ
СТЕРОИДНЫХ ЛЕКАРСТВЕННЫХ СРЕДСТВ
Стероидные противовоспалительные лекарственные препараты (СПВП)
находят широкое применение в терапии воспалительных процессов различной
этиологии [1-3]. Однако вместе с тем они обладают и более широким спектром
негативных побочных воздействий [4-6]. Это обуславливает необходимость
поиска
новых
структур,
обладающих
высоким
уровнем
противовоспалительной активности в сочетании с низким уровнем
156
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
токсического действия. Наличие объективных закономерностей между
строением биологически активных веществ и эффективностью их
фармакологического действия позволяет использовать при решении задач
поиска новых структур потенциальных лекарств методы теории распознавания
образов.
Целью настоящей работы было создание математической модели
прогноза структур стероидной природы, обладающих противовоспалительной
активностью структур, и теоретическое исследование взаимосвязи «структура
– противовоспалительная активность».
Для проведения исследований использована компьютерная система
SARD-21 (Structure Activity Relationship & Design) [7], реализующая основные
принципы теории распознавания образов. В качестве исходной информации
используются данные о строении и биологической активности природных, и
синтетических стероидов допущенных к клиническому применению в
качестве лекарственных средств. Исследования проводились в рамках
основных процедур используемого программного комплекса.
Процедура 1. Формирование обучающей выборки. Обучающий массив
формировали в виде структурного банка данных в соответствии с
дихотомической процедурой. В качестве исходной информации для
построения математической модели распознавания и прогноза использованы
данные о строении и противовоспалительной активности 103 природных и
синтетических соединений стероидного типа. По исследуемому свойству все
соединения обучающего массива разбиты на два альтернативных ряда. Ряд А
состоит из 42 структур, обладающих выраженным противовоспалительным
действием, и активно используемых в медицинской практике. Ряд В
сформирован на основе 61 структуры не обладающих противовоспалительной
активностью, или обладающих данным свойством на весьма незначительном
уровне. При этом в обучающем массиве отсутствуют структуры, содержащие
заведомо токсотропные фрагменты.
Процедура 2. Представление структур соединений на языке
фрагментарных дескрипторов (ФД). С целью получения достоверных моделей
рассматривали три вида ФД: 1) исходные фрагменты, в том числе элементы
циклических систем и сами циклические системы; 2) субструктурные
дескрипторы из нескольких химически связанных исходных фрагментов; 3)
логические сочетания (конъюнкции, дизъюнкции, строгие дизъюнкции),
сгенерированные на основе дескрипторов первого и второго типов.
Процедура 3. Оценка характера влияния структурных признаков на
целевое свойство. Информативность (r) признаков оценивали по
коэффициенту корреляции качественных признаков Юла (-1 < r >1), в
соответствии с которым чем выше положительное значение информативности,
тем больше вероятность влияния данного признака на проявление целевого
свойства.
157
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Процедура 4. Формирование модели распознавания  решающего набора
признаков (РНП). Полное дескрипторное описание является избыточным. Для
формирования РНП, использовали алгоритм сокращения признакового
пространства, базирующийся на трех основных принципах: 1) максимальной
информативности; 2) минимальной взаимозависимости признаков; 3)
оптимального покрытия объектов. В соответствии с последним принципом
каждый признак – претендент в РНП должен соответствовать двум условиям:
1) распознаваемое число структур «своего» класса (А или В) должно
превышать заданный эвристический порог; 2) суммарное число признаков
(включая
рассматриваемый
признак
–
претендент),
«узнающих»
анализируемую структуру, не должно превышать заданный эвристический
порог. Пригодность сформированного РНП определяли в зависимости от его
распознающей способности на соединениях обучающей или экзаменационой
выборки. Экспериментально установлено, что эвристический порог при
сокращении размерности признакового пространства до оптимального уровня,
составляет 3\3, т.е. признак должен встречаться в трех структурах своего ряда,
и одна структура для распознавания должна содержать минимум три признака.
Модели распознавания и прогноза для исследуемого типа активности
формировали в результате сочетания правил классификации и решающего
набора структурных параметров в виде логических уравнений типа С = F(S),
где C – свойство (активность), F – правила распознавания (алгоритм
распознавания образов, по которому производится классификация
исследуемых соединений, – геометрический или метод «голосования»), Sнабор распознающих структурных параметров (РНП). РНП является
классификационным правилом, позволяющим как выявлять наличие целевого
свойства у исследуемых соединений, так и ранжировать анализируемые
структуры по степени его выраженности.
Процедура 5. Тестирование РНП. Распознавание структур проводили по
двум алгоритмам ТРО: 1) геометрическому подходу, основанному на
определении расстояний до некоторых эталонов в многомерном пространстве
РНП с использованием евклидовой метрики; 2) методу голосования,
основанному на сравнении числа положительных и отрицательных признаков
решающего набора, описывающих каждую анализируемую структуру.
При выборе метода проведения расчета проведено сравнительное
изучение уровня распознавания структур обучающей выборки тремя типами
классификационных правил: с использованием конъюнкций; конъюнкций и
дизъюнкций; а также конъюнкций, дизъюнкций и строгих дизъюнкций. В
результате установлено, что высокий уровень распознавания структур
обучающей выборки достигается с использованием двух последних методов,
при этом максимальный результат достигается при использовании
комбинированного метода конъюнкций, дизъюнкций и строгих дизъюнкций. В
связи с этим именно этот метод и был выбран для дальнейших исследований.
158
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Сформированный решающий набор признаков был тестирован на
экзаменационной выборке из 10 структур стероидов обладающих и не
обладающих противовоспалительной активностью. В результате был получен
90 % уровень достоверного распознавания структур по двум методам ТРО:
геометрии и голосованию.
Согласно сформированному РНП, наиболее важным для проявления
стероидными структурами противовоспалительной активности будет наличие
в их структуре триады {(>C=C<) - (>C=O) - (>C=C<)} и {(>C=C<) - (>C<) (>C=C<)}. В то же время в наибольшей степени нивелировать
противовоспалительную активность стероида будет признак {(-CH3) - (>C<) (-(CH2)2-)}. В целом, степень противовоспалительной активности молекулы
будет зависеть от конкретного набора образующих ее каркас структурных
признаков и характера сочетания их друг с другом.
Анализ структурных признаков позволяет заключить, что для
противовоспалительных стероидов наиболее значимы такие функциональные
группы, как атом фтора, кетогруппа, атом серы, этиленовый фрагмент.
Следует отметить, что характер влияния структурных признаков второго и
третьего уровня агрегирования на проявление противовоспалительной
активности в значительной степени зависит от природы соседних групп. Так,
например, метиленовая группа и полиметиленовый фрагмент характерны для
эффективных противовоспалительных стероидных лекарственных средств, в
то время как диметиленовый и триметиленовый фрагменты оказывают
негативное влияние на противовоспалительную активность.
Аналогичные закономерности выявлены для различных типов триад в
структурах стероидных соединений. Так, например, дегидрирование
диметиленового фрагмента (>CH-)-(>CH-)-(-(CH2)2-) до (>CH-)-(>CH-)(>C=C<) увеличит вероятность проявления стероидной структурой
противовоспалительной активности.
При
изучении
влияния
циклических
признаков
на
противовоспалительную активность установлено, что структурные элементы
эффективных стероидных препаратов, в отличие от неактивных соединений,
характеризуются
более
разветвленным
строением
и
являются,
преимущественно,
производными
гексаи
гептаметилзамещенного
додекагидро-2-Н-циклопента[а]фенантрена, в то время как циклические
фрагменты соединений, не обладающих целевым свойством, представляют
собой три- и тетраметилзамещенные тетрадека-1-Н-циклопента [а]фенантрена.
Дополнительно проведен анализ структур 11-дезоксикортикостерона
(21-гидроксипрегн-4-ен-3,20-дион),
альдостерона
(21-гидрокси-3,20диоксопрегн-4-ен-18-аль), витамина Д3 (холеста-5,7-диен-3-ол), и 25гидроксихолестерола (холест-5-ен-3,25-диол) на наличие фрагментов,
негативно влияющих на проявление противовоспалительной активности.
Установлено, что в структурах 25-гидроксихолестерола, витамина Д3 за
подавление
противовоспалительного
действия
структуры,
помимо
159
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
диметиленовых фрагментов 11-12, 15-16, 1-2 согласно ИЮПАК, ответственен
также триметиленовый фрагмент связанный с трет-С в положении 17.
Полученные нами результаты находятся в хорошем соответствии с
экспериментальными данными об эффективности противовоспалительного
действия стероидных лекарственных средств. Сформированная модель
прогноза и распознавания противовоспалительной активности характеризуется
высокой прогностической способностью и может быть использована для
виртуального скрининга широко круга соединений стероидного типа на
наличие противовоспалительных свойств.
Работа выполнена при финансовой поддержке аналитической
ведомственной целевой программы Минобрнауки РФ «Развитие научного
потенциала высшей школы (2006 - 2008 годы)», проект РНП 2.2.1.1.6332.
Список литературы
1. Зиганшина Л.Е., Зиганшин А.У. // Казан. мед. журн. – 1996. – № 3. – С. 212216.
2. Каратеев А.Е., Насонова В.А., Муравьев Ю.В. Терапевт. арх. – 1990. – № 2.
– С. 26-30.
3. Насонов Е.Л. // Терапевт. арх. – 1999. – № 5. – С. 5-9.
4. Алексеева А.И. // Мед. Помощь. – 2000. – № 6, С. 49-51.
5. Баткаев Э.А., Рюмин Д.В. и др. // Вестник последипломного образования. –
2004. – № 2. – С. 8-10.
6. Ергеев П.В., Карева Е.Н. // Пробл. Эндокринологии. – 1993. – т. 39. – № 4. –
С. 48-49.
7. Кирлан В.В. // Автореферат дисс. канд. хим. наук. – Уфа: Баш. гос. ун-т,
2003. – 24 с.
УДК 543.574.(470.57)
Г.А. ТЕПТЕРЕВА, Г.Б. БОГОЛЮК, Е.С. КРУЧКОВА, Ф.Х. КУДАШЕВА
Башкирский государственный университет (г. Уфа)
ВЗАИМОСВЯЗЬ УРОВНЯ ЗАГРЯЗНЕННОСТИ ВОД ОРГАНИЧЕСКИМИ
ВЕЩЕСТВАМИ С ВЕЛИЧИНОЙ РАСТВОРЕННОГО КИСЛОРОДА
Глобальное загрязнение окружающей среды и неблагополучная
экологическая ситуация в промышленных регионах обуславливают
необходимость постоянного аналитического контроля природных объектов,
экосистема которых нарушена влиянием антропогенного фактора. Пока
равновесие в природе не было нарушено, последствия активности человека
уравновешивались процессами саморегулирования. Сегодня, деятельность
человека по своим масштабам стала соизмерима с силами природы. Впервые
160
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
эти проблемы поставил еще академик В.И. Вернадский в своем учении о
ноосфере. Поэтому без оценки загрязнения природных объектов и выявления
источников их эмиссии [3] невозможно осуществлять шаги по восстановлению
природных экосистем и регулированию качества окружающей среды. На
территории паводково-пойменного комплекса в пределах левобережья реки
Белой, в состав которого входит микрорайон Затон, имеется ряд мелких и
крупных природных водоемов. Часть из них – карстового происхождения,
некоторые – результат весеннего паводка, другие – естественные болотные
угодья. Уровень чистоты вод в них напрямую связан с антропогенным
фактором – воздействием деятельности человека на состояние их экосистем.
В работе исследованы озера Конопляное и Мочальное, а также
акватория затона на реке Белой (в месте отстоя судов по окончании навигации)
на содержание растворенного кислорода. Количество растворенного
кислорода является одним из наглядных показателей загрязненности водоема
органическими загрязнителями. Исследованные озера находятся на расстоянии
более 500 метров друг от друга. Озеро Конопляное расположено на
левобережной пойме реки Белой, площадь зеркала 0,14 км2. Озеро имеет
подземную родниковую подпитку и устойчивые берега [2].Озеро Мочальное
расположено также на левобережной пойме реки Белой, площадь зеркала 0,12
км2. Наличие родниковой подпитки не установлено, его берега, зарастающие в
жаркую погоду, зеркало озера периодически затягивается ряской. Оба озера
находятся в зоне весеннего паводка. Наполнение их паводковыми водами
происходит при уровне воды в реке Белой более 7,8 м. Поступление в водоемы
загрязняющих органических веществ меняет состав воды в водоемах,
следовательно, изменяет растительность и животный мир их берегов.
Причиной нарушения равновесия является наличие в воде восстановителей,
таких как легко окисляющихся органических веществ, а также аммиака,
железа II, нитритов и др. Состав органических загрязнителей обширен – это и
стоки с животноводческих ферм и канализационные стоки и, что особенно
актуально для Затона – бывшая городская свалка бытовых отходов. Некоторое
время водоемы могли справляться с дополнительной нагрузкой, но при
постоянном процессе поступления загрязнителей природные процессы
самоочищения уже не могут преодолеть уровня антропогенного воздействия и
начинается процесс экологической сукцессии. Внешними признаками
процесса в экосистеме водоемов служит исчезновение водных растений,
характерных для чистой воды (горец земноводный, сальвиния плавающая), и
разрастание растений загрязненных вод – роголистника, элодеи, ряски.
Характерным химическим признаком трофических процессов является
снижение количества растворенного в воде кислорода до минимально
допустимого. Растворенный кислород попадает в воду как из воздуха, так и в
результате жизнедеятельности зеленых растений, населяющих близкие к
поверхности слои воды. Растворимость чистого кислорода, выделяемого
зелеными растениями, в пять раз больше, чем растворимость кислорода из
161
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
воздуха, в котором содержание этого газа составляет лишь 21 % и
обуславливается его парциальным давлением. Минимально допустимое
содержание растворенного в воде кислорода согласно данным Европейской
Комиссии по охране окружающей среды составляет 4 мг/л [4]. Показатели ниже
этого значения свидетельствуют о необратимой сукцессии, следствием которой
является превращение озера в болото. Известно, что максимально возможная
концентрация кислорода (14,56 мг/л) в поверхностной воде достигается при
температуре 0 С [1]. Исследования были начаты поздней осенью до выпадения
осадков на фоне устойчивой ясной и прохладной погоды. Наблюдения велись на
протяжении нескольких месяцев, начиная с периода сухой погоды, затем
выпадения осенних осадков в виде дождя и снега до установления устойчивого
ледового покрова. В зимний период пробы были отобраны из пробуренных в
ледовом покрытии лунок. Весенний период представлен результатами обильного
половодья 2007 года. Круглогодичный цикл наблюдений завершается
результатами анализов проб, отобранных в осенний период при сухой
прохладной погоде. При отборе проб была учтена зависимость процесса
фотосинтеза от времени суток. Содержание растворенного кислорода определяли
йодометрическим методом Винклера, основанным на реакциях [4]: на первой
стадии идет образование бурого осадка Mn (IV):
MnCl2 + 2KOH = Mn(OH)2  + 2KCl
2Mn(OH)2 + O2 = 2MnO(OH)2(бурый осадок)
2MnCl2 + O2 + 4KOH = 2MnO(OH)2 + 4KCl;
на второй стадии образуется свободный иода I20, в количестве, эквивалентном
содержанию кислорода:
MnO(OH)2 + 2KJ + 2H2SO4 = MnSO4 + J2 + K2SO4 + 3H2O
Далее, выделившийся иод оттитровывают тиосульфатом натрия. Содержание
кислорода рассчитывают по соответствующей формуле [4]. Результаты
определения кислорода в водных объектах приведены в таблице 1.
Таблица 1
Содержание кислорода в водоемах Затона, мг/л (n = 3, P = 0,95)
Объект исследования
Содержание растворенного
Дефицит O2,
кислорода, мг/л
мг/л
Фактическое
Табличное
1. Теплая сухая погода (t = 15 C)
Конопляное
0,46
9,6  0,1
10,06
Мочальное
2,86
7,2  1,2
затон на р. Белой
-0,34
10,4  1,4
2. Холодная погода без осадов(t = 8 C)
Конопляное
2,01
9,8  0,1
11,81
Мочальное
4,61
7,2  0,4
затон на р. Белой
0,41
11,4  2,0
162
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3. После дождей (t = 9 C)
Конопляное
9,3  0,2
Мочальное
9,1  0,8
затон на р. Белой
9,8  1,2
4. Неустойчивый снеговой покров (t = 5 C)
Конопляное
11,4  0,1
Мочальное
9,8  0,2
затон на р. Белой
9,2  0,8
5.Слабое ледовое покрытие (t = 4 C)
Конопляное
13,00
Мочальное
10,4  0,3
затон на р. Белой
9,0  0,4
6. Устойчивое ледовое покрытие(t = 1 C)
Конопляное
12,30  0,14
Мочальное
8,43  0,03
затон на р. Белой
14,00  0,02
7. Весеннее половодье (t = 22 °C)
Мочальное
3,00,8
затон на р. Белой
13,43,4
8. Теплая сухая погода (t = 15 C)
Мочальное
10,05
Конопляное
8,65
11,52
2,22
2,42
1,72
12,73
1,33
2,93
3,53
13,06
0,06
2,66
4,06
14,16
1,86
5,73
0,16
8,73
8,73
5,03
-3,50
10,06
10,06
0,01
2,41
Как видно из данных таблицы, экосистемы водоемов по-разному
реагируют на изменение экологических и погодных условий. В закрытых
водоемах длительное воздействие антропогенного фактора особенно ощутимо.
Условия водообмена в озерах замедлены и это способствует накоплению
органической массы. В целом, по водоемам замкнутого типа (озерам), дефицит
кислорода отмечается во всех исследованных периодах, но величина его в
озере Конопляном значительно меньше, чем в Мочальном, очевидно за счет
природной родниковой подпитки Конопляного. В воде затона, в частности
акватории в месте зимовки судов, влияние антропогенного фактора менее
ощутимо. Это связано с особенностями формирования затона как старого
русла реки, т.е. экосистема является не замкнутой, а находится в
полуизолированном состоянии. В целом, отсутствие дефицита кислорода в
воде затона отмечено в периоды теплой сухой погоды и весеннего половодья.
Дефицит кислорода присутствует в периоды неустойчивого снегового и
слабого ледового покровов.
Интересно отметить, что в период дождей содержание кислорода
оказывается приблизительно одинаковым во всех водоемах.
163
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Исследованы водоемы закрытого типа (озера Конопляное и Мочальное)
и акватория затона на реке Белой в месте отстоя судов. Изучено содержание
кислорода, проведена сравнительная оценка уровня загрязненности.
На содержание кислорода влияют как загрязняющие вещества,
поступающие в водоемы, так и погодные условия.
Содержание кислорода выравнивается в водоемах Затона в период
дождей, а установление постоянного ледового покрова вызывает обратное
явление: в озерах содержание кислорода снижается (с 10,4 до 8,4 мг/л в
Мочальном), в затоне – увеличивается (с 9,0 до 14,0 мг/л).
Содержание кислорода падает в исследованных озерах до минимальнодопустимого и ниже в период весеннего паводка (до 3,0 мг/л).
Отмечено, что устранение влияния антропогенного фактора
(захоронение свалки) благоприятно сказывается на экологическом состоянии
водоемов: поверхность озер освобождается от зарастания фитопланктоном и
макрофитами, что является следствием процесса самоочищения и
начинающегося восстановления экосистемы озер.
Список литературы
1. Возная Н.Ф. Химия воды и микробиология / Н.Ф. Возная. – М.: Высшая
школа, 1979.
2. Гареев А.М. Реки и озера Башкортостана / А.М. Гареев. – Уфа: Китап, 2001.
3. Другов Ю.С. Экологическая аналитическая химия / Ю.С. Другов. – М.: 2000.
4. Лурье Ю.Ю. Аналитическая химия промышленных сточных вод /
Ю.Ю. Лурье. – М.: Химия, 1984.
УДК 661.185.6
Ю.В. ТИХОНОВА, С.П. ЛОМАКИН, Р.Р. ХАБИБУЛЛИН, Э.С. ФИЛАТОВА
Уфимская государственная академия экономики и сервиса (г. Уфа)
ИССЛЕДОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ
РЕКОНСТИТУЦИОННЫХ СКЛЕРОПРОТЕИНОВ
На кафедре ТПМ и ОП ведется работа по использованию
хромированных кожевенных отходов (стружки) для получения белковых
гидролизатов (реконституционных склеропротеинов). Предполагается, что
продукты, получаемые в результате неполного гидролиза пептидов
коллагенсодержащего сырья, обладают поверхностно-активными свойствами.
Для подтверждения этого было произведено измерение поверхностного
натяжения, снижение которого доказывает наличие поверхностно-активных
свойств.
164
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Получение реконституционных склеропротеинов проводилось по
методике растворения и реконституции коллагена после предварительной
щелочно-солевой обработки. Режим щелочно-солевой обработки проводится
для того, чтобы конечные продукты растворения обладали высоким
молекулярным весом и потери коллагена в виде низкомолекулярных
"осколков" были минимальными. Продукты растворения обладают
чрезвычайно высокой вязкостью и способностью к пленкообразованию [1].
Поверхностное натяжение определялось методом максимального
давления пузырька (метод Кантора, Ребиндера) [2].
Полученные данные представлены в таблице 1.
Полученные гидролизаты
Таблица 1
Поверхностное натяжение, н/м*10-3
из уксусной кислоты
(CHCOOH)
из муравьиной кислоты
(HCOOH)
38,5
34,2
из гидроксида натрия (NaOH)
49,9
10 % гидролизата из NaOH +
90% вода
раствор ОП-10 (С=1 г/л)
дистиллированная вода
58,6
43,3
72,7
Как видно из табличных данных, происходит значительное снижение
поверхностного натяжения. В смеси с водой полученный раствор также
обладает довольно низким значением поверхностного натяжения.
Таким образом, получаемые продукты можно использовать в качестве
поверхностно-активных веществ природного происхождения, одновременно
решая проблему утилизации хромированных кожевенных отходов.
Список литературы
1. Головтеева А.А. Лабораторный практикум по курсу химии и технологии
кожи и меха / А.А. Головтеева, Д.А. Куциди, Л.Б. Санкин. – М.: Легкая
индустрия, 1971. – С. 288.
2. Абрамзон А.А. Поверхностные явления и поверхностно-активные вещества:
Справочник / А.А. Абрамзон, Л.Е. Боброва и др. – М.: Химия, 1984. – С. 392
165
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
УДК 665.753.3
Д.А. ФАДЕЕВ, М.А. ФЕДОРОВ, М.Н. РАХИМОВ, О.А. БАУЛИН
Уфимский государственный нефтяной технический университет (г. Уфа)
ПРИСАДКИ К МОТОРНЫМ ТОПЛИВАМ НА ОСНОВЕ ПОБОЧНОГО
ПРОДУКТА НЕФТЕХИМИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА
Октановое число
В последнее время все более острыми становятся проблемы защиты
окружающей среды, что проявляется в ужесточении экологических
требований к моторным топливам. В частности, ограничивается содержание
сера-, азотсодержащих соединений и ароматических углеводородов. Однако
уменьшение содержания, например, в дизельном топливе этих соединений
приводит к снижению его способности смазывать узлы и агрегаты топливной
системы.
Также происходит модернизация конструкции двигателя внутреннего
сгорания, направленная на улучшение его технико-эксплуатационных и
экологических характеристик. Так, одним из конструктивных решений для
бензинового двигателя является повышение степени сжатия топливновоздушной смеси в камере сгорания, что потребует от топлива более высокой
детонационной стойкости.
Нами были проведены исследования по разработке смазывающей
присадки к малосернистым дизельным топливам и антидетонационной
присадки к автомобильным бензинам (АБ).
Влияние фракции (НК-180)оС высокомолекулярного продукта процесса
гидроформилирования пропилена на октановые числа бензинов
Нами проведены исследования влияния фракции (НК-180)оС
высокомолекулярного продукта процесса гидроформилирования пропилена
(ВППГП) на октановые числа бензина, определенные по моторному (ОЧММ)
и исследовательскому методам (ОЧИМ). Результаты определений ОЧ АБ,
содержащего до 5 % фракции (НК-180)оС ВППГП, приведены на рисунке 1.
ОЧММ
100
90
85
83,5
85,5
84,5
98,1
95,4
93,8
92,5
95
ОЧИМ
88,1
80
75
0
0,5
1
5
Содержание фракции (НК-180)С ВППГП, % об.
Рис. 1. Влияние фракции (НК-180) оС ВППГП на октановые числа бензинов
166
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
На рисунке 1 видно, что с повышением концентрации указанной
фракции ВППГП до 5 % об. в пробе бензина ОЧИМ возрастает на 5,6 пунктов,
а ОЧММ – на 4,6 пунктов. Повышение октанового числа с увеличением
содержания этой фракции вызвано, на наш взгляд, высоким содержанием в ее
составе алифатических спиртов С8 изостроения, обладающих высокой ДС.
Исследования влияния фракции (НК-180) оС ВППГП на показатели
качества, заложенные в ГОСТ 51105-97, показали, что при ее введении в
состав автомобильного бензина в концентрациях до 5 % об. не происходит
изменения показателей качества сверх допустимых значений.
Влияние фракции (НК-180) оС ВППГП на эмиссию вредных веществ с
отработавшими газами
Нами проведены исследования влияния фракции (НК-180)оС ВППГП на
эмиссию вредных выбросов с отработавшими газами четырехтактного
бензинового двигателя Honda. Исследования компонентного состава ОГ
проводили при оборотах холостого хода и при нагрузках 100 и 400 Вт.
Содержание в пробе АБ фракции (НК-180) оС ВППГП составляло 1,0 и
5,0 % об. Результаты исследований приведены в таблице.
Таблица
Компонент
Содержание компонентов в отработавших газах
Содержание компонента в отработавших газах при различном
содержании фракции (НК-180) оС ВППГП, % масс.
Холостой ход
100 Вт
400 Вт
0 % 1,0 % 5,0 % 0 % 1,0 % 5,0 % 0 %
1,0 %
5,0 %
об.
об.
об.
об.
об.
об.
об.
об.
об.
СО, %
1,40 1,08 1,07 1,10 1,02 1,00 1,46
0,98
0,96
СО2, % 4,31 4,57 5,60 4,42 4,80 5,90 4,60
5,10
6,41
СН, ppm 460 440
430
450
380
365
435
350
315
Из данных таблицы видно, что содержание в ОГ продуктов неполного
сгорания (СН и СО) снизилось на 31,5 % и 31,4 %, а продукта полного
сгорания (СО2) повысилось на 48,7 %. На наш взгляд, это вызвано высоким
содержанием в указанной добавке кислородсодержащих соединений (спирты,
кислоты), которые способствуют более полному сгоранию топлива, что, в
свою очередь, приводит к уменьшению его расхода, повышению КПД
двигателя, улучшению эксплуатационных, экологических показателей работы
двигателя.
Влияние фракции (180-КК) оС ВППГП на смазывающей способность
малосернистого дизельного топлива
Исследования влияния фракции (180-КК) оС ВППГП на смазывающие
свойства
малосернистого
дизельного
топлива
проводили
на
четырехшариковой
машине
(ЧШМ)
с
определением
следующих
167
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
трибологических показателей: диаметр пятна износа (ДПИ), критическая
нагрузка (Рк) и нагрузка сваривания (Рс).
Зависимость трибологических показателей от содержания указанной
добавки в дизельном топливе приведена на рис. 2 и 3.
Критическая нагрузка Рк, кгс
Нагрузка сваривания Рс, кгс
160
140
Рс
120
100
80
60
Рк
40
20
0
0
1
2
3
4
5
Содержание фракции (180-КК) С ВППГП, % об.
ДПИ, мм
Рис. 2. Зависимость нагрузки сваривания и критической нагрузки от
содержания фракции (180-КК) оС ВППГП
0,75
0,70
0,65
0,60
0,55
0,50
0,45
0,40
0,35
0,30
0
1
2
3
4
Содержание фракции (180-КК) С ВППГП, % об.
Рис. 3. Зависимость диаметра пятна износа
от содержания фракции (180-КК) оС ВППГП
168
5
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
На рис. 2 видно, что максимальные значения нагрузки сваривания Рс
(133 Н) достигаются при концентрации добавки 0,5-1,0 % об. Критическая
нагрузка Рк в интервале 0,5-5,0 % об. равномерно возрастает и при содержании
5,0 % об. добавки увеличивается более чем в 2 раза относительно значения для
исходного ДТ.
Из рис. 3 следует, что значительное снижение ДПИ (более 34 %)
наблюдается при содержании 1,0 % и более фракции (180-КК) оС ВППГП. В
интервале концентраций 1,0 – 5,0 % с ее увеличением наблюдается лишь
незначительное снижение ДПИ с 34 % при содержании 1,0 % до 35 % при
5,0 % об. На наш взгляд, это объясняется насыщением пограничного слоя,
который предотвращает непосредственное соприкосновение деталей.
Из рис. 2 и 3 видно, что оптимальной, с точки зрения смазывающих
свойств, а также с учетом экономической целесообразности, является
концентрация фракции (180-КК) оС ВППГП 1,0 % об. При таком содержании
не происходит изменения показателей качества ДТ сверх норм ГОСТ 305-82.
Таким образом, проведенными исследованиями показано положительное
влияние фракции (НК-180) оС ВППГП на ОЧ АБ (повышение ОЧИМ достигает
5,6 и ОЧММ – 4,6 пунктов) и токсичность выхлопов бензинового двигателя
(содержание в отработавших газах продуктов неполного сгорания СО, СН
понизилось более чем на 30 %, а продуктов полного сгорания СО2 повысилось
на 48,7 %).
Исследованиями трибологических показателей топлива показано
положительное влияние фракции (180-КК) оС ВППГП на смазывающую
способность ДТ. Приведены рекомендации относительно оптимального
содержания добавок: для автомобильных бензинов – 1 % об. фракции (НК-180)
о
С ВППГП; для дизельного топлива – 1 % об. фракции (180-КК) оС ВППГП.
УДК 66.094.38:634.0.86:674.032.14
В.Р. ХАЙРУЛЛИНАа, Л.Р. ЯКУПОВАб, А.Я. ГЕРЧИКОВа,
Р.Л. САФИУЛЛИНб, Л.А. ОСТРОУХОВАв, Т.Е. ФЕДОРОВАв, В.А. БАБКИНв
а) Башкирский государственный университет (г. Уфа)
б) Институт органической химии УНЦ РАН (г. Уфа)
в) Иркутский институт химии СО РАН им. А.Е. Фаворского (г. Иркутск)
ИССЛЕДОВАНИЕ АНТИОКИСЛИТЕЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ КВЕРЦЕТИНА
И ДИГИДРОКВЕРЦЕТИНА В СОСТАВЕ БИНАРНЫХ КОМПОЗИЦИЙ
Кверцетин (Кв) и дигидрокверцетин (ДКв) зарекомендовали себя в
качестве ценных биологически активных веществ широкого спектра действия
и эффективных малотоксичных антиоксидантов (AO) жиросодержащих
пищевых продуктов, лекарственных препаратов и косметических средств [12]. Основным источником их извлечения является растительное сырье. В
169
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
настоящее время в России мощность производства ДКв, отвечающего
требованиям Фармакопеи, составляет 2100 кг/год. Кв в промышленных
масштабах получают в результате окисления ДКв сернистокислым натрием в
условиях «взрывного» автогидролиза [3]. Высокая степень структурного
сходства и близость физико-химических показателей Кв и ДКв затрудняют
получение Кв в чистом виде и являются причинами его высокой
себестоимости. В то же время в литературе приведено значительное число
примеров, в которых экстракты и вытяжки из лекарственных растений, а также
искусственные би- и трикомпонентные смеси полифенольных соединений
обладают высоким уровнем антиокислительного действия и не уступают по
антиокислительной активности (АОА) стандартным синтетическим
антиоксидантам [4]. В связи с этим изучение механизма влияния добавок ДКв
на антиокислительные свойства Кв является актуальной практической задачей
и составляет цель настоящих исследований.
В качестве объектов исследования выбраны ДКв и Кв, выделенные из
внешнего слоя коры Larix sibirica Ledeb по оригинальным методикам [3, 5], а
также кверцетин фирмы «Биомедхим» квалификации «ч». На основании
анализа спектральных данных УФ- и ЯМР1Н-спектроскопии установлено, что
степень чистоты используемых веществ составляет 99 % для Кв фирмы
«Биомедхим», 96 % для ДКв соответственно. Экстрактивный Кв, полученный
из внешнего слоя коры Larix sibirica Ledeb в условиях «взрывного»
автогидролиза в присутствии сернистокислого натрия [3], содержит 60 %
основного вещества. Анализ спектральных характеристик показал, что
преобладающим примесным компонентом (около 40 %) является ДКв.
В качестве модельной реакции при изучении АОА исследуемых
соединений и бинарных композиций на их основе выбран процесс радикальноцепного окисления 1,4-диоксана (инициатор–азодиизобутиронитрил, скорость
инициирования Vi = 1·10-7 моль/л•/с). Эффективность ингибирующего
действия образцов оценивали по степени снижения начальной скорости
поглощения кислорода при окислении модельного субстрата. В качестве
количественной характеристики АОА использовали константу скорости
обрыва цепи окисления fk In , где f – радикалоемкость антиоксиданта,
показывающая число радикальных интермедиатов, погибающих на одной
молекуле АО в актах обрыва цепи [6]. Для характеристики АОА исследуемых
веществ использовали ионольный эквивалент (ИЭ), величину которого
оценивали в результате сопоставления полученных из эксперимента fk In для
исследуемых веществ с аналогичной характеристикой для ионола.
На первом этапе нами было проведено сравнительное изучение
антиокислительной активности двух образцов Кв. Полученные результаты
позволяют заключить, что исследуемые вещества эффективно ингибируют
процесс инициированного радикально-цепного окисления 1,4- диоксана в
интервале концентраций 10-5 – 10-4 моль/л, при этом их АОА изменяется в
достаточно узком интервале. Так, введение добавок химически чистого Кв в
170
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
окисляющийся 1,4-диоксан при температуре 347 К в интервале концентраций
(1,2-7,0)•10-4 моль/л приводит к снижению скорости его окисления в 1,5  6,6
раз. Сходное антиокислительное действие в аналогичных условиях
эксперимента экстрактивный Кв проявляет в интервале концентраций (1,0-4,0)
•10-4 моль/л. Для определения количественных характеристик АОА
флавоноидов fk In , экспериментальные результаты трансформировали в
координатах уравнения (1) [6]:
F 
V00 V0

 fkIn AO
V0 V00
2k6Vi
(1),
где V00 и V 0 – начальные скорости поглощения кислорода при окислении 1,4диоксана в отсутствии и в присутствии ингибиторов соответственно, [AO] –
концентрация добавки АО, fk In и 2k 6 – константы скорости обрыва цепи
окисления на АО и квадратичного обрыва цепи на пероксильных радикалах
1,4-диоксана соответственно [6]. При расчете использовали
2k 6 =
109 л/моль·с
Результаты расчетов приведены в таблице. Для сравнения
эффективности антиокислительного действия этих веществ в этой же таблице
приведены значения ионольных эквивалентов, вычисленные по формуле (2):
fk
(2).
ИЭ  In
fk
ионол
Для выявления характера влияния добавок ДКв на АОА Кв в
аналогичных условиях эксперимента проведено количественное изучение его
АОА и оценена эффективная константа скорости ингибирования для этого
вещества (табл.). Как видно из таблицы, среди тестируемых веществ
наибольшую АОА по отношению к 1,4-пероксильным радикалам проявляет
экстрактивный Кв, при этом все исследованные нами флавоноиды по АОА
значительно превосходят стандартный ингибитор ионол.
Для установления механизма влияния ДКв на АОА Кв нами были
изучены бикомпонентные системы на основе Кв фирмы «Биомедхим» и ДКв,
в которых содержание каждого из компонентов варьировалось в интервале 0 100 %. Показано (см. рис.), что бикомпонентные композиции на основе Кв и
ДКв при любых соотношениях компонентов по эффективности
антиокислительного действия превосходят индивидуальные вещества,
изученные при том же содержании в модельной системе. Вместе с тем
максимальный ингибирующий эффект наблюдается в смеси, содержащей 22
%-ную примесь ДГКв. Скорость ингибированного окисления при этом
соотношении Кв и ДКв в смеси снижается в 2 раза, что свидетельствует о
синергическом эффекте между этими антиоксидантами. На основании
обработки данных экспериментов в рамках соотношения (1) определено
значение эффективной константы скорости ингибирования для этой
композиции.
171
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
T=333K,субстрат-1,4-диоксан,инициатор-АИБН,
Wi=1,3•10-7м/л•с
6
W0•10 ,моль/л•с
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
0
100
20
80
40
60
60 Кв, % 40
80
20
100
0
ДгКв,%
Рис. Зависимость скорости ингибированного окисления 1,4-диоксана
от состава исследуемой смеси; Т = 333 К, Vi = 1,3•10-7 моль/л•с
Таким образом, изученные нами эффективные антиоксиданты Кв и ДКв
в составе бикомпонентных смесей обнаруживают синергический эффект
антиокислительного действия. Максимальной АОА характеризуется бинарная
смесь, содержащая 22 % ДКв. Результаты настоящих исследований позволяют
предсказать оптимальный состав пищевых стабилизаторов на основе Кв и
ДКв и могут быть полезны при разработке новых БАД к пище, направленных
на коррекцию антиоксидантного статуса организма.
Таблица
Кинетические характеристики антиокислительной активности
исследованных объектов.
Ингибитор T, K
fkIn·10-4, л·(моль·с)-1
Ионол
Кверцетин
Кв экстракт 333
Смесь 78%
ДигидроКв
Ионол
Кверцетин
347
Кв экстракт
ДигидроКв
0,70 ± 0,05
3,60 ± 0,30
5,80 ± 0,30
6,10 ± 0,40
5,40 ± 0,20
1,00± 0,10
6,10 ± 0,20
15,00 ± 1,00
17,00 ± 1,00
172
ИЭ
1,00
5,10
8,30
8,70
7,70
1,00
6,10
15,00
17,00
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Работа выполнена при финансовой поддержке аналитической
ведомственной целевой программы Минобрнауки РФ «Развитие научного
потенциала высшей школы (2006 - 2008 годы)», проект РНП 2.2.1.1.6332.
Список литературы
1. Тюкавкина Н.А. Природные флавоноиды как пищевые антиоксиданты и
биологически активные добавки / Н.А. Тукавкина, И.А. Руленко,
Ю.А. Колесник // Вопросы питания. – 1996. – № 2. – С. 33-38.
2. Базарнова Ю.Г. Ингибирование радикального окисления пищевых жиров
флавоноидными антиоксидантами / Ю.Г. Базарнова, Б.Я. Веретнов // Вопросы
питания. – 2004. – № 3. – С. 35-42.
3. Получение кверцетина из древесины лиственницы сибирской в условиях
«взрывного» автогидролиза в присутствии сернистокислого натрия /
Б.Н. Кузнецов, С.А. Левданский, С.А. Кузнецова, и др. // Химия растительного
сырья. – 2003. – № 4. – С. 37-41.
4. Хайруллина В.Р. Изучение ингибирующей эффективности экстрактов
растений сем. Geraniaceae, Rosaceae на примере модельной реакции окисления
изопропилового спирта / В.Р. Хайруллина, Г.Г. Гарифуллина, А.Я. Герчиков //
Химико-фармацевтический журнал.  2005.  Т. 39. – № 3.  С. 103-105.
5. Безотходная комплексная переработка биомассы лиственницы сибирской и
даурской / В.А. Бабкин, Л.А. Остроухова, С.Г. Дьячкова и др. // Химия в
интересах устойчивого развития. – 1997. – № 5. – С. 105-115.
6. Денисов Е.Т. Ингибирование цепных реакций / Е.Т. Денисов, В.В. Азатян. –
Черноголовка: ИФХЧ РАН, 1997. – 268 с.
УДК 541.1: 547.1.
Р.М. МАКАЕВА
ООО «Субстанция» (г. Уфа)
И.А. ХУСАИНОВА, И.П. ЖУРКИНА
Уфимская государственная академия экономики и сервиса (г. Уфа)
ПОИСК ЭФФЕКТИВНЫХ МЕТОДОВ СИНТЕЗА БЕНЗИМИДАЗОЛА
Объектом
наших
исследований
является
азотсодержащее соединение – бензимидазол (схема 1).
N
NH
NH
I
N
Схема 1.
173
II
гетероциклическое
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Бензимидазол – система, в которой имидазольное кольцо
сконденсировано с бензольным. Молекулы ассоциированы благодаря
водородной связи – NH…NH=. Положения 4 и 7, а также 5 и 6 равноценны
вследствие равновесия между таутомерами I и II. Вещество имеет широкие
области применения: в сельском хозяйстве в качестве фунгицидов [1]; в
создании композиционно-полимерных и оптико-волоконных материалов [2, 3];
но самая главная область применения бензимидазола и его производных – это
фармацевтия. Производные бензимидазола входят в состав противоязвенных,
противоглистных, нейротропных и иммуномодулирующих препаратов, в
состав широко известного витамина В12, а также в состав антисептических
кремов-гелей [4].
При использовании бензимидазола в фармацевтических целях к его
качеству предъявляются высокие требования. По физико-химическим
показателям он должен соответствовать требованиям и нормам, указанным в
таблице.
Таблица
Требования и нормы, предъявляемые к фармакопейному бензимидазолу
№
п/п
1.
Наименование показателей
Нормы
Массовая доля, %
Не менее 98 %
Чешуйчатые кристаллы от белого до
светло-бежевого цвета.
Соответствие ИК-спектру.
Не более 0,001
171-174
2.
Внешний вид
3.
4.
5.
Идентификация
Присутствие тяжёлых металлов, %
Температура плавления, 0С
Растворимость
Этанол, изопропанол, хлороформ,
диэтиловый эфир, муравьиная, уксусная
кислоты, горячая вода
Главное для фармацевтов требование по цветности трудно выполнить,
так как бензимидазол относится к азотсодержащим гетероциклическим
соединениям, которые, как известно, при хранении приобретают желтый
оттенок.
Цель исследований состояла в поиске более эффективной, экономичной
по времени и количеству реагентов методики синтеза фармакопейного
бензимидазола.
В настоящее время наиболее популярным способом получения
бензимидазола является конденсация ортоарилендиаминов с карбоновыми
кислотами. Сам бензимидазол по известной методике [5, 6] получают при
110 0С взаимодействием 0,5 моль ортофенилендиаиминов и 0,75 моль 90 %
муравьиной кислоты, выход неочищенного бензимидазола составляет 97 %
(cхема 2).
174
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
NH2
N
+
+ 2 H2O
2 HCOOH
NH
NH2
Схема 2
Однако продукт имеет желтый цвет, от которого избавляются
многократной перекристаллизацией из горячего водного раствора, кипячением
с активированным углем, концентрированным раствором перманганата калия.
Это приводит к уменьшению выхода бензимидазола (до 83 %), увеличению
времени процесса, при этом продукт остается слегка окрашенным в желтый
цвет, что не устраивает фармацевтов.
Причиной нежелательной цветности продукта является исходное
вещество ортофенилендиамин. Это вещество при хранении приобретает
практически черный цвет, который в последствии переходит и на
синтезируемый из него бензимидазол.
Проблемным является также тот факт, что в настоящее время
качественный ортофенилендиамин производится только в Европе и он
достаточно дорогой. Ортофенилендиамин отечественного и китайского
производства дешевле, однако, уступает в качестве.
С целью оптимизации методики получения фармакопейного
бензимидазола была предложена очистка имеющегося в нашем распоряжении
отечественного ортофенилендиамина. Она осуществлялась атмосферной
перегонкой (возгонкой) 0,52 моль ортофенилендиамина при 300 0С, т.е.
примерно на 50 0С выше, чем температура кипения самого
ортофенилендиамина. Собирается фракция, кипящая при 252 0С. Выход 94,6 %
от теоретического. Очищенный таким образом ортофенилендиамин
идентифицирован ИК и ЯМР спектрами (рис. 1, 3).
После возгонки ортофенилендиамин получается в виде белых
кристаллов, которые помещают в круглодонную колбу объемом 500 мл,
добавляют 0,75 моль 90 % муравьиной кислоты. Смесь нагревают в течение
двух часов при 110 0С, затем охлаждают, добавляя 10 % NaOH. Для
предотвращения процесса осмоления можно проводить синтез без нагревания:
реакционную смесь необходимо оставить на трое суток при комнатной
температуре, при этом кристаллы бензимидазола будут образовываться
естественным образом. В итоге получают бензимидазол в виде белых
кристаллов, которые отфильтровывают и однократно промывают 50 мл воды
на воронке Бюхнера, затем сушат при комнатной температуре.
Высушенный продукт представляет собой чешуйчатые кристаллы белого
цвета с температурой плавления 171-172 0С, с выходом 95 % от
теоретического.
Проведена тонкослойная хроматография на окиси кремния (G60 F254), в
ходе которой определена массовая доля бензимидазола – 98 %.
175
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Идентификация вещества проведена методами ИК и ЯМР спектроскопии (рис.
3, 4).
ИК – спектры ортофенилендиамина и бензимидазола получены на
спектрофотометре Shimadzu FTIR – марки 8400 S в таблетках KBr. Для
ортофенилендиамина в самом начале области валентных колебаний двойных
связей около 1560 см-1 имеются полосы, указывающие на наличие
ароматического кольца. Наличие ароматического кольца подтверждается
сильным поглощением в области 3000 – 3100 см-1 – области валентных
колебаний Н при sp2-гибридных углеродных атомах. В области 3500 – 3300 см1
имеются важные для определения аминогрупп, связанных с ароматическим
кольцом полосы валентных колебаний (3363,86 см-1 и 3385,07 см-1).
Рис. 1. ИК-спектр о-фенилендиамина
176
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 2. ИК-спектр бензимидазола
177
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 3. ПМР-спектр о-фенилендиамина
Рис. 4. ПМР-спектр бензимидазола
178
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В случае бензимидазола отмечается отсутствие валентных колебаний Н
аминогрупп в характерной для них частотной области (3300 – 3500 см-1) и
наличие уширенной интенсивной полосы в области валентных колебаний
ароматического кольца: поглощение в области 2800 – 3000 см-1 соответствуют
наличию в боковой цепи ароматического кольца бензимидазольного
фрагмента.
Наличие связей C=N в цикле подтверждается наличием полос в области
1660 – 1480 см-1.
Спектры ЯМР 1Н полученные на спектрометре Brucker AM – 300 с
рабочей частотой 300 МГц по ядрам 1Н в растворе CDCl3 (дейтерированный
хлороформ) и ацетона.
Ортофенилендиамин. Выход 96,4 %. (рис. 3)
Спектр 1Н ЯМР, δ, м.д.:(J, Гц): 6,5-7 ррм – синглет бензольного кольца;
3,5-3,2 ррм – синглет аминогрупп.
Бензимидазол. Выход 95 %. (рис. 4)
Спектр 1Н ЯМР, δ, м.д.:(J, Гц): 8,1-7,8 ррм – синглет имидазольного
кольца; 7,7-7,0 ррм – синглет бензольного кольца; 7,0-2,1 ррм – расширенный
синглет аминогрупп.
Определение тяжелых металлов в продукте проводят сравнением
окраски с эталонным раствором.
Полученный по данной методике бензимидазол, полностью
соответствует качеству фармакопейного.
Таким образом, в результате наших исследований усовершенствована
методика получения фармакопейного бензимидазола. Предложенная
перегонка исходного кристаллического реагента ортофенилендиамина
оказалась более удобной технологически и экономичной; позволяет избежать
трудоемкой и длительной по времени стадии очистки продукта, что привело к
увеличению выхода бензимидазола до 95 % против 83 % .
Список литературы
1. Кадыров Ч.Ш. Фунгициды / Ч.Ш. Кадыров, И.Д. Левниц. – М.: Медицина,
2005. – 254 с.
2. Власов П.Н. Исследования исходных компонентов для оптических
эпоксидных композиций / П.Н. Власов. – М.: Наука, 2005. – 72с.
3. Зюзин Ю.Б. Композиционно-полимерные материалы / Ю.Б. Зюзин. – М.:
Наука, 2003. – 103 с.
4. Машковский
А.В..
Справочник
лекарственных
препаратов
/
А.В. Машковский. – М.: Медицина, 1988. – 743 с.
5. Вагнер Е. Синтезы органических препаратов. Сб. 2 / Е. Вагнер, В. Ниллетт. –
М.: Издатинлит, 1949. – 85 с.
6. Preston P.M. Тhе chemistry of heterocyсlic compounds, v.40, 1981. – p. 1-13.
179
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
УДК 665.753.3
Т.В. ЦАРЕГОРОДЦЕВА, О.А. БАУЛИН, М.Н. РАХИМОВ
Уфимский государственный нефтяной технический университет (г. Уфа)
УВЕЛИЧЕНИЕ РЕСУРСОВ ДИЗЕЛЬНЫХ ТОПЛИВ ЗА СЧЕТ
ВОВЛЕЧЕНИЯ КОМПОНЕНТОВ РАСТИТЕЛЬНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ
В последнее время все более актуальным становится вопрос об экономии
ресурсов нефти и улучшении экологических характеристик нефтепродуктов.
Увеличение доли транспортных средств, имеющих дизельные двигатели
получило широкое распространение в связи с целым рядом их преимуществ по
сравнению с бензиновыми аналогами (меньший расход топлива, большая
пожаро- и взрывобезопасность, возможность работы на обедненных топливновоздушных смесях и др.). Тенденция увеличения доли дизельных автомобилей
особенно четко прослеживается в Европейских странах (ЕС), где доля
дизельных автомобилей в 2006 году составила 52,7 %, грузовых автомобилей и
автобусов более 70 %. В связи с этим наблюдается рост дефицита дизельного
топлива: если в 2005 году дефицит составил около 30 млн тонн, то к 2010 году
прогнозируется нехватка 50 млн тонн топлива.
Проблема дефицита топлива для дизельных двигателей может быть
частично решена применением биодизельных топлив, которые представляют
собой смесь традиционного дизельного топлива и топлива на основе
растительных масел. Топлива на основе растительных масел (подсолнечного,
хлопкового, рапсового, льняного, соевого) имеют ряд преимуществ перед
традиционным дизельным топливом: возобновляемость природных ресурсов,
экологическая чистота, высокая биоразлагаемость, низкое содержание серы и
полициклических ароматических углеводородов, относительно небольшая
стоимость. Также их применение дает дополнительные возможности для
развития сельского хозяйства и приводит к снижению выбросов парниковых
газов за счет их потребления в процессе выращивания культуры.
Наибольшее распространение в качестве компонента дизельного топлива
получило рапсовое масло и продукты его переработки. Рапсовое масло
представляет собой смесь моно-, ди- и триалцилглицеринов, которые содержат
в
своем
составе
молекулы
различных
жирных
кислот,
т.е.
высокомолекулярных кислородсодержащих соединений с углеводородным
основанием, связанных с молекулой глицерина.
Для определения оптимального, с точки зрения техникоэксплуатационных свойств, содержания рапсового масла в дизельном топливе
мы провели исследования показателей качества топливных композиций с
содержанием 20, 50 и 80 % рапсового масла в дизельном топливе.
Производилось исследование фракционного состава, температур вспышки,
помутнения и застывания, содержания фактических смол, вязкости, плотности,
а также смазывающей способности.
180
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Исследования смазывающей способности смесей проводили на
четырехшариковой машине трения (ЧШМ) на основе ГОСТ 9490-75 с
определением следующих трибологических показателей: диаметр пятна износа
(ДПИ), критическая нагрузка, нагрузка сваривания.
Диаметр пятна износа характеризует смазывающую способность
топливной композиции. Критическая нагрузка характеризует способность
топливной композиции предотвращать возникновение задира трущихся
поверхностей.
Нагрузка
сваривания
характеризует
предельную
работоспособность топливной композиции. Результаты исследований
приведены в таблице.
Таблица
Физико-химические свойства топливных композиций
Наименование
Норма по
Содержание рапсового масла в
показателя
ГОСТ 305-82
дизельном топливе, %
0
20
50
80
100
1
2
3
4
5
6
7
1. Фракционный
состав, оС:
- Н.к.
140
145
150
172
188
- 50%
Не более 280
260
279
297
393
461
- К.к. (96%)
Не более 360
348
335
400
425
461
- Остаток в колбе,
%
4
15
20
30
50
2. Кинематическая
вязкость при 20 оС,
3,0-6,0
3,9
7,5
16,5
40,5 76,6
мм2 /с
3. Температура
Не выше – 10
- 47
-27
-27
-28
-29
застывания, оС
4. Температура
Не выше – 5
-8
-12
-14
-18
-23
помутнения, оС
5. Температура
вспышки в
Не ниже 40
47
44
42
40
37
о
закрытом тигле, С
7. Испытание на
Выд
Выд
Выд
Выд
Выд Выд
медной пластинке
8. Содержание
водорастворимых
Отс
Отс
Отс
Отс
Отс
Отс
кислот и щелочей
9. Концентрация
Не
Не
Не
Не
фактических смол,
Не более 40
1,0
опр.
опр.
опр. опр.
мг/100 см3
181
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1
10. Содержание
механических
примесей
11. Плотность при
20 оС, кг/м3
12. Диаметр пятна
износа, мм
13. Критическая
нагрузка, H
14. Нагрузка
сваривания, H
Окончание таблицы
5
6
7
2
3
4
Отс
Отс
Отс
Отс
Отс
Отс
Не более 860
830
847
873
898
914
-
0,465
0,329
0,318
-
32
40
45
53
80
-
112
133
141
141
150
0,309 0,204
Выд. – выдерживает;
Отс. – отсутствует;
Не опр. – не определяется методикой, предусмотренной ГОСТ.
В ходе проведенных исследований физико-химических свойств
топливных композиций на основе летнего дизельного топлива и рапсового
масла Кушнаренковского хозяйства было установлено, что показатели
«концентрация фактических смол», «вязкость», «фракционный состав» и
«плотность» превышают допустимые по ГОСТ 305-82 «Топливо дизельное»
величины. Причем лимитирующим показателем является «вязкость»
поскольку ее превышение наблюдается уже при содержании в топливной
композиции 20 % масс. рапсового масла.
Нами было определено допустимое содержание рапсового масла в
топливной композиции по значению вязкости.
Таким образом, было установлено, что максимально концентрация
рапсового масла в дизельном топливе составляет 14,2 % масс. С учетом
колебаний показателей качества у базового дизельного топлива считаем
допустимым введение в его состав до 10 % масс. рапсового масла.
Также было установлено, что применение рапсового масла в качестве
компонента дизельного топлива улучшает его смазывающую способность,
увеличивается
предельная
работоспособность
топливной
системы,
уменьшается содержание серы и полициклических ароматических
углеводородов. Кроме того, очевиден и экономический эффект – средняя
стоимость рапсового масла составляет 4-6 руб./литр, что в значительно
меньше стоимости дизельного топлива.
182
Кинематическая вязкость, мм2/с
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
7,45
Верхняя граница вязкости
3,87
14,2
0
5
10
15
20
25
30
Содержание рапсового масла, % масс.
Рис. 1. Зависимость кинематической вязкости от концентрации рапсового
масла в дизельном топливе
Однако проблему дефицита дизельного топлива не решит применение
топливной композиции с рапсовым маслом. Показатели коксуемости, вязкости
и плотности у рапсового масла выше, чем у традиционного дизельного
топлива, что и ограничивает их содержание в последнем.
В настоящее время ведутся разработки по производству биодизельных
топлив второго поколения, которые будут лишены этих недостатков. Данные
топлива представляют собой метиловые эфиры жирных кислот, получаемые в
результате реакции переэтерификации растительного масла со спиртами в
присутствии катализатора, физико-химические свойства которых ближе к
традиционным дизельным топливам. Развитие технологий производства
биодизельных топлив второго поколения позволяет придать новый импульс в
расширении потребления дизельных топлив с улучшенными экологическими
показателями и значительно снизить дефицит дизельного топлива в ЕС.
183
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
УДК 547.596.2
Г.Ю. ИШМУРАТОВa, М.П. ЯКОВЛЕВАa, В.А. ВЫДРИНАa,
Э.Ф. ХАСАНОВАa, Р.Р. МУСЛУХОВa, Г.А. ТОЛСТИКОВб
а) Институт органической химии УНЦ РАН (г. Уфа)
б) Новосибирский институт органической химии им. Н.Н.Ворожцова СО РАН
(г. Новосибирск)
ИССЛЕДОВАНИЕ ПОВЕДЕНИЯ МЕТИЛИДЕНТРИФЕНИЛФОСФОРАНА В
РЕАКЦИЯХ С МЕНТОЛАКТОЛОМ И ЕГО АЛЮМИНАТОМ
Известно, что метилидентрифенилфосфоран является эффективным
олефинирующим агентом карбонильных соединений, в том числе и лактолов
[1, 2].
Нами обнаружено необычное поведение этого фосфорана в реакциях с
ментолактолом (1a,b) и его алюминиевым алкоголятом (2), в то время как
другие С2-С6 и С16-алкилидентрифенилфосфораны олефинируют их обычным
образом [3].
Так, метилидентрифенилфосфоран, генерированный из CH3PPh3I и nBuLi, в реакции олефинирования с алюминатом ментолактола (2), полученным
из (-)-ментолактона (3), согласно [4], оказался инертным: образования 2,6Rдиметилнон-8-ен-3S-ола (4) не наблюдалось.
[4]
O
Oal
O
O
3
2
MePPh3I
BunLi
OH
4
Известно [5], что соли лития, образующиеся при депротонировании
алкилтрифенилфосфонийгалогенидов, снижают активность фосфоранов. Для
исключения данного влияния мы провели олефинирование соединения (2)
метилидентрифенилфосфораном,
генерированным
с
помощью
гексаметилдисилазида натрия. Но и при этом продукт олефинирования 4 не
обнаружен.
MePPh3I
2
4
NaN(SiMe3)2
Нами установлено, что в обоих случаях образуется смесь (3:1) 3R,7диметилоктан-1,6S-диола (5) и 2,6R-диметил-8-гидроксиоктан-3-она (6) –
продуктов
восстановления
и
изомеризации
ментолактола
(1a,b)
соответственно.
184
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
CH2=PPh3
2
OH
OH
+
O
OH
3:1
5
6
Из этих опытов напрашивался вывод, что данный фосфоран может
выступать в роли как восстанавливающего, так и вызывающего
перегруппировку агента. Однако оставалось невыясненным влияние еще
одного компонента реакции – алюминийорганического соединения. Для
исключения его воздействия метилидентрифенилфосфоран вовлечен во
взаимодействие с самим ментолактолом (1a,b), полученным согласно [4] и
представляющим собой смесь (1:1) 7S-изопропил-4R-метил-2S-оксепанола
(1a) и 6S-гидрокси-3R,7-диметилоктаналя (1b). При этом образовался
единственный продукт – диол (5).
CH2=PPh3
O CH =PPh
2
3
+
OH
4
5
OH
O
1a
1b
Следовательно,
в
описанных
превращениях
метилидентрифенилфосфоран выступает только как восстанавливающий
агент, а продукт перегруппировки ментолактола – оксикетон (6), вероятно,
образуется в присутствии алюминиевого алкоголята по механизму
Мейервейна-Пондорфа-Верлея [6].
Итак, нами установлено, что метилидентрифенилфосфоран при
взаимодействии с ментолактолом (1a,b) и его алкоголятом (2) проявляет
восстанавливающие свойства по следующей вероятной схеме:
H

CH

PPh3
H
O CH PPh3
O
OH
H2O
OH
OH
OH
1b
5
что является крайне редким и интересным случаем и не противоречит
185
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
известным фактам, что илиды фосфора могут окисляться (О2, периодаты и
др.), выступая в качестве восстановителей [7].
Список литературы
1. Hobbs P.D. and Magnus P.D. // J. Chem. Soc. Chem. Commun. – 1974. – P. 856.
2. Hobbs P.D. and Magnus P.D. // J. Am. Chem. Soc. – 1976. – V. 98. – P. 4595.
3. Успехи интеграции академической и вузовской науки по химическим
специальностям: Республиканская научно-практическая конференция /
Г.Ю. Ишмуратов, М.П. Яковлева, В.А. Ганиева и др. – Уфа, 2006. – С. 108.
4. Ишмуратов Г.Ю., Яковлева М.П., Ганиева В.А. и др. // Химия растительного
сырья. – 2007. – № 3. – С. 23.
5. Органические реакции. / Под ред. Луценко И.Ф. – М.: Мир, 1967. – Т.14. –
532 с.
6. Вацуро К.В. Именные реакции в органической химии / К.В. Вацуро,
Г.Л. Мищенко. – М.: Химия, 1976. – 528 с.
7. Общая органическая химия / Под ред. Н.К. Кочеткова и В.А. Смита. – М.:
Химия, 1983. – Т. 5. – C. 718.
УДК 547.475.124
Г.Ю. ИШМУРАТОВа, М.П. ЯКОВЛЕВАа, А.Х. ШАЯХМЕТОВАа,
О.О. ШАХАНОВАа, Р.Р. МУСЛУХОВа, Г.А. ТОЛСТИКОВб
а) Институт органической химии УНЦ РАН (г. Уфа)
б) Новосибирский институт органической химии им. Н.Н.Ворожцова СО РАН
(г. Новосибирск)
ГИДРОКСИЛИРОВАНИЕ ПРОИЗВОДНЫХ РИЦИНОЛЕВОЙ КИСЛОТЫ
Сочетание
гидроборирования
двойной
связи
с
окислением
образовавшихся органоборанов щелочным раствором H2O2, протекающим с
сохранением конфигурации, является удобным препаративным методом
гидратации олефинов различного типа, в том числе природных соединений.
Известно [1], что дизамещенные олефины с неконцевой двойной связью легко
гидроборируются в триалкилбораны таким образом, что атомы бора
практически равновероятно присоединяются к обоим атомам углерода
двойной связи.
Целью этой работы явилось изучение особенностей реакции
гидроборирования-окисления
(региои
стереоселективности,
асимметрической индукции с участием оптически активного центра)
доступных [2] из касторового масла субстратов 1 и 2, обусловленных
присутствием гомоаллильной и удаленной от двойной связи гидроксильных
групп.
186
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В качестве гидроборирующего реагента использовали диборан в
растворе THF [3]. Гидроборирование двойной связи соединений 1 и 2 с
последующим окислением образовавшихся борорганических интермедиатов
щелочным раствором H2O2 привело к соответствующим регио- и
диастереомерным 1,3-(3), (4) и 1,4-(5), (6) диолам.
OH
(CH2)7R
Me(CH2)5
OH
Me(CH2)5
(CH2)7R
R = Me (1), CH2OH (2)
OH
R = Me (3), CH2OH (4)
1. NaBH4, BF3•OEt2
2. H2O2, NaOH
91-99%
+
OH
(CH2)7R
Me(CH2)5
OH
R = Me (5), CH2OH (6)
Содержание региоизомеров 3 и 5 – продуктов гидроборированияокисления фенола 1 в реакционной смеси – по данным ВЭЖХ составляет 55 %
и 45 % соответственно. При этом октадекан-(7R, 10RS)-диол 5 представляет
собой смесь двух диастереомеров в соотношении 7:3, что позволяет провести
однозначное отнесение сигналов их спектров ЯМР. Для подтверждения
структуры 1,4-диола 5 и определения конфигурации образующегося
асимметрического атома С-10 диастереомеров 5 проведена количественная
циклизация
в
соответствующие
2,5-диалкилзамещенные
цис/трансстереоизомеры тетрагидрофурана 7 кипячением диола 5 (7:3) в присутствии
каталитических количеств TsOH [4].
5
TsOH/C6H6,
quant.
2
Me(CH2)5
5
O
(CH2)7Me
7
В углеродных спектрах тетрагидрофуранов 7 сигналы атомов углерода
С-2 и С-5, а также двух α-атомов углерода CH2-групп при С-2 и С-5 трансстереоизомера смещены, по сравнению с цис-изомером, на 2-2.5 м.д. в
слабопольную область. Подобные слабопольные смещения сигналов
указанных атомов углерода транс-изомеров и протонов при этих атомах
углерода известны [5-8] для ряда 2,5-дизамещенных производных
тетрагидрофурана, а также [9] сульфолана и силациклопентана. В этих работах
прием циклизации используется при установлении конфигурации
асимметрических атомов диастереомерных 1,3- и 1,4-диолов [10-13], причем
образование циклов сопровождается инверсией только одного из двух или
обоих [5, 14] асимметрических центров диолов.
Нами был выбран метод циклизации с инверсией только одного
асимметрического атома [4] диола 5 при известной (R)-конфигурации
187
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
исходного субстрата. В спектрах ЯМР 13С смеси стереоизомерных
тетрагидрофуранов 7 по интенсивности преобладает (7:3) набор сигналов
транс (dl)-стереоизомера с более слабопольными величинами х.с. атомов С-2 и
С-5, двух α-CH2-групп алкильных заместителей при С-2 и С-5, а также
присутствуют сигналы с более сильнопольными х.с. протонов при С-2 и С-5,
относящиеся к цис (мезо)-стереоизомеру тетрагидрофурана 7. При этом с
учетом инверсии одного из асимметрических атомов транс-изомер
представляет (2R, 5R)- или (2S,5S)-энантиомерную пару тетрагидрофурана 7
[14]. Из этого следует, что при исходной (R)-конфигурации атома С-7 диола 1,
атом С-10 преобладающего диола с учетом инверсии будет иметь (S)конфигурацию заместителей. Цис (мезо)-изомер тетрагидрофурана 7 при
инверсии любого из асимметрических атомов представляет энантиомер с (R)и (S)-конфигурацией атомов С-2 и С-5, что соответствует с учетом инверсии
(R,R)-энантиомеру, представляющего dl-пару диола. Содержание мезо-диола
составляет 70 %, dl-диола – 30 %.
Ненасыщенный диол 2 в реакции гидроборирования-окисления,
аналогично 1, образует смесь октадекан-(1, 10RS, 12R)-триола 4 (53 %) и
октадекан-(1, 9RS, 12R)-триола 6 (47 %).
Селективная бензилиденовая защита [12, 13] 1,3-диола 4 приводит к
цис,цис/транс,транс-стереоизомерным продуктам диалкилфенилзамещенного
1,3-диоксана 8.
Ph
4
+
6
PhCHO, ZnCl2,
Na2SO4
O 2 O
4
6
R,S
Me(CH2)5
8
(CH2)8OH
+
6
S>R
Бензилиденирование смеси продуктов цис-гидратации соединения 2
позволило хроматографически разделить и идентифицировать 1,3- и 1,4диолы. Известно, что циклизация в 1,3-диоксан 8 при бензилиденовой защите
проходит без инверсии оптически активного атома [12, 13, 15] и в нейтральной
среде алкилзамещенные 1,3-диоксаны имеют устойчивую конформацию
«кресло», в которой внутреннее вращение гетероцикла заторможено [16].
Величина х.с. протона при Ph-группе обоих стереоизомеров (5.56 м.д.)
указывает на конформационную устойчивость и экваториальную ориентацию
фенильной группы в обоих стереоизомерах [17, 18]. В углеродном спектре
диоксана 1 имеются два набора сигналов, относящиеся к диастереомерной
паре со значительным преобладанием стереоизомера с более слабопольными
х.с. атомов углерода цикла С-2 (д, 100.57 м.д.), С-4, С-6 (д, 77.10 м.д.), которые
указывают на диэкваториальную ориентацию двух алкильных заместителей,
соответствующих цис,цис-изомеру с еее ориентацией заместителей. При (R)конфигурации оптически активного центра С-12 триола 4 в цис (ее)-С-4, С-6
стереоизомере асимметрический атом С-4 имеет (S)-конфигурацию. Более
188
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
сильнопольные х.с. атомов углерода цикла С-2 (д, 99.1 м.д.), С-4 (д, 71.34 м.д.),
С-6 (д, 77.92 м.д.) относятся к транс (еа)-С-4, С-6 стереоизомеру, в котором
аксиальный алкильный заместитель подвержен стерическому взаимодействию
с атомом С-2 цикла. В этом случае аксиальная ориентация заместителя при
атоме С-4 соответствует (R)-конфигурации. Содержание цис,цис (еее)- и
транс,транс (еае)-стереоизомеров составляет 75 и 25 % соответственно и
свидетельствует о преимущественном образовании (10S,12R)-триола 4,
указывая на энантиоспецифичность образования 1,3-диола.
1,3-Диол 3 представляет смесь диастереомеров в соотношении 66:34,
триол 6 – 61:39. Сравнительный анализ спектов ЯМР 1,3- и 1,4-диолов 3 и 5 со
спектрами диолов 4 и 6, содержащих концевые гидроксильные группы,
показывает, что во всех случаях преобладали диастереомеры с (S)конфигурацией образующихся асимметрических центров.
Таким образом, полученные данные свидетельствуют о том, что в
реакции гидроборирования-окисления производных рицинолевой кислоты
гидроксильная группа при оптически активном атоме углерода незначительно
влияет на региоселективность, но играет роль индуктора асимметрии по
каждому из атомов углерода двойной связи. Концевая гидроксильная группа в
молекуле спирта 2 практически не оказывает влияния на протекание данной
реакции.
Список литературы
1. Михайлов Б.М. Борорганические соединения в органическом синтезе /
Б.М. Михайлов, Ю.Н. Бубнов. – М.: Наука, 1977. – 516 с.
2. Ишмуратов Г.Ю., Харисов Р.Я., Шаяхметова А.Х. и др. // Химия природ.
соедин. – 2005. – № 6. – С. 529.
3. Schlesinger H.I., Brown H.C., Hoekstra H.R., Rapp L.R. // J. Amer. Chem. Soc. –
1953. – V. 75. – № 1. – P. 199.
4. Reppe W. Äthinylierung Liebigs Ann. Chem. – 1955. – Bd. 596. – S. 1.
5. Mihailovic M.Lj., Mamuzic R.I., Zigic-Mamuzic Lj., Bosnjak J., Cekovic Z.
Tetrahedron. – 1967. – V. 23. – № 1. – P. 215.
6. Pilli R.A., Riatto V.B. Tetrahedron: Asymmetry. – 2000. – V. 11. – № 18. – P.
3675.
7. Yoda H., Mizutani M., Takabe K. Heterocycles. – 1998. – V. 48. – № 4. – P. 679.
8. Shi H., Liu H., Bloch R., Mandville G. Tetrahedron. – 2001. – V. 57. – № 45. – P.
9335.
9. Спирихин Л.В. Стереохимия и спектроскопия ЯМР 1Н и 13С производных
сульфолана и силациклопентана / Дис. … канд. хим. наук. – Уфа, 1985. – 104 с.
10.Потапов В.М. Стереохимия / В.М. Потапов. – М.: Химия, 1998. – 464 с.
11.Dounay A.B., Florence G.J., Saito A., Forsyth C.J. Tetrahedron. – 2002. – V. 58.
– № 10. – P. 1865.
12.Sharma M., Brown R.K. Canad. J. Chem. – 1966. – V. 44. – № 23. – P. 2825.
189
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
13.Kuzuhara H., Ohrui H., Emoto S. Agr. and Biol. Chem. – 1971. – V. 35. – № 1. –
P. 8.
14.Mihailovic M.Lj., Gojkovic S., Cekovic Z. J. Chem. Soc. Perkin Trans. Part I. –
1972. – № 22. – P. 2460.
15.Углеводы в синтезе природных соединений / Н.К. Кочетков,
А.Ф. Свиридов, М.С. Ермоленко, О.С. Чижов. – М.: Наука, 1984. – 288 с.
16.Eliel E.L. Angew. Chem. – 1972. – Bd. 84. – № 17. – P. 739.
17.Клочков В.В., Латыпов Ш.К., Рахматуллин А.И. и др. // Журнал общей
химии. – 1998. – Т. 68. – Вып. 1. – С. 140.
18.Cамитов Ю.Ю. Атлас спектров ЯМР пространственных изомеров /
Ю.Ю. Cамитов. – Казань: КГУ, 1978. – Т. 1. – 205 с.
УДК 678
Р.В. КУНАКОВА2, А.Г. ГАЙДЕРОВ1, И.Р. ФАХРЕТДИНОВ1,
Л.А. ЛОМАКИНА1, Р.А. ЗАЙНУЛЛИН2, Х.К. ГАДЕЛЕВА2,
Е.В. ДМИТРИЕВ2, Д.Ф. НАСХУТДИНОВ2
1
ОАО «Башспирт», Уфимский спирто-водочный комбинат «Золотой век»
(г. Уфа)
2
Уфимская государственная академия экономики и сервиса (г. Уфа)
БЕЗАЛКОГОЛЬНЫЕ НАПИТКИ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ
Наиболее доступными и массовыми оздоровительными продуктами,
содержащими БАВ растительного происхождения, в России могут стать
безалкогольные напитки. Натуральное растительное сырье позволяет
создавать
напитки
целевого
и
профилактического
направлений:
тонизирующие, антистрессовые, диетические, диабетические, улучшающие
работу сердечно-сосудистой системы, желудочно-кишечного тракта и других
органов. Такие напитки способствуют удовлетворению потребности организма
в жидкости и обеспечивают его важнейшими биологически активными
веществами для нормальной жизнедеятельности.
К специализированным напиткам отечественного производства
относятся «Байкал», «Тархун», «Саяны», «Жимолость», «Уральская рябина»,
напитки группы «Флора» (мятная, кориандровая, померанцевая, гвоздичная),
«Таежный родник», «Пересвет», «Восток», «Славянка», «Дельфин»,
«Приморский», «Золотой шар» и др. О достоинствах отдельных напитков
можно судить по компонентам сырья в их составе. Например, в
безалкогольный тонизирующий напиток «Байкал» входит широкий спектр
тонизирующих и ароматических компонентов: трава зверобоя, корень солодки,
элеутерококк, настой сосновых почек и натуральные масла лимона, эвкалипта
и лавра. Напиток «Тархун» вырабатывают из одноименного настоя, основным
сырьем для приготовления которого служит зеленая масса эстрагона. В состав
190
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
напитка «Саяны» входит экстракт левзеи сафлоровидной («маралий корень»),
обладающий стимулирующим действием при умственном и физическом
переутомлении. Напитки «Жимолость» и «Уральская рябина» вырабатывают
соответственно из настоев плодов жимолости и рябины красной. В оба
напитка входят экстракты родиолы розовой («золотой корень»). Корень
родиолы розовой также входит в состав безалкогольных напитков «Золотой
Алтай» и «Прикарпатье», не уступающих по вкусовым качествам «КокаКоле». При производстве безалкогольных тонизирующих напитков
«Элеутерококк» и «Бодрость» используют элеутерококк колючий
(«свободноягодник»). В напитки группы «Флора» входят экстракты и настои
таких известных лекарственных и пряноароматических трав как: мята,
тысячелистник, чабрец, полынь горькая, донник, зубровка, кориандр, имбирь и
др.
Сотрудниками медицинских учреждений отмечено положительное
влияние концентратов, в том числе концентрированных основ бальзамного
типа, на организм человека, активизирующих внутренние защитные силы
организма. Именно эти пищевые продукты с определенной профилактической
направленностью способны принести наибольшую пользу в системе
эндоэкологической реабилитации, особенно в условиях санаториев,
медсанчастей, реабилитационных центров. Бальзамами, обладающими
общеукрепляющими,
антистрессовыми,
противовоспалительными
и
антитоксичными свойствами, являются «Водолей», «Омега», «Дерсу»,
«Тайга», «Марий Эл», «Амазонит», «Московия», «Универсальный»,
«Мещера», «Владимирская Русь», «Муромские богатыри», эликсиры
«Демидовский», «Кедровит» и др. В состав этих бальзамов входят наиболее
ценные лекарственные и пряно-ароматические растения.
К сожалению, доля тонизирующих напитков высокого качества,
изготовленных из экстрактов и концентратов растительного сырья, на
отечественном рынке безалкогольных напитков составляет всего ~ 3-5 %.
Разработаны новые напитки профилактического назначения с учетом
свойств настоев и экстрактов лекарственных растений и необходимого их
количества. Большие перспективы в оздоровлении населения у напитков с
настоями лекарственных трав на основе минеральных вод. Например,
минеральную природную столовую воду «Селивановская» из подземного
источника Селивановского района Владимирской области дополнительно
обогащают макро-, микроэлементами и витаминами на натуральной основе
введением поликомпонентного концентрата на основе экстракта мякоти
плодов лимона или сухих яблок. При купажировании дополнительно вводят
экстракт из травы эхинацеи и чабреца или из корневища и корня родиолы
розовой, что значительно расширяет спектр его полезных свойств.
Особое внимание при разработке рецептур безалкогольных напитков на
основе местного растительного сырья нами было уделено комплексам
191
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
целебных растений, обладающих успокаивающим, антиоксидантным
действием, снимающим депрессии и гепатопротекторным действием.
В основу рецептур закладывались растения, произрастающие на
территории Республики Башкортостан и уже применяющиеся в производстве
ликеро-водочных изделий и бальзамов, производимых на предприятиях ОАО
«Башспирт», что с нашей точки зрения значительно облегчает и упрощает
обеспечение сырьем организуемое производство безалкогольных напитков.
Учитывая, что основными и массовыми потребителями такого рода
газированных напитков должны стать, прежде всего, дети и молодые люди
наиболее активного возраста, при подборе ингредиентов исключались все
растения, способные в любом виде и количестве вызвать какого-либо рода
проблемы при употреблении напитков широкими слоями населения. Таким
образом, в рецептуры разработанных напитков вошли только те растения,
полезные свойства и пищевое применение которых не вызывает ни малейшего
сомнения и они рекомендованы к применению в безалкогольных напитках [см.
Сборник рецептур на напитки безалкогольные, квасы и напитки из хлебного
сырья и сиропы товарные. – М.: Минпищепром СССР, 1983. – 112 с.].
Ароматный настой трав готовится при 70 0С в течение 30 мин при
соотношении массы сухой травы к растворителю 1:12. После охлаждения
настоя, фильтрации в настой добавляется расчетное количество сахара и
лимонной кислоты, затем доводится до кипения и охлаждается до 25-30 0С,
настой фильтруется. В купажную емкость, снабженную мешалкой, вносят
остальные компоненты: колер, раствор ванилина в виде спиртового раствора
1:2, натрия сорбат, все перемешивают в течение 5-10 минут и проводится
фильтрация через фильтркартон марки «Т» или «КТФ 1П». Напиток
охлаждают до 10 0С и выдерживают 24 часа для ассимиляции, формирования
вкуса и аромата и частичного осветления. В случае выпадения осадка
проводится дополнительное фильтрование, охлаждение напитка до 10 0С и
насыщение углекислым газом. Готовый напиток направляют на разлив. В
качестве воды, предназначенной для получения напитка и настоя используют
питьевую природную воду с минерализацией 0,4 - 0,6 г/дм3. Для улучшения ее
состава воду обеззараживают и осветляют.
I. MAMAEV, M. WENZ, H. WORN, N. YUSUPOVA
IPR, Uni Karlsruhe, Germany and USATU, Russia
OPTIMAL ROBOT TRAJECTORY GENERATION ALGORITHMS
1. Introduction
A man deal with everyday motions without apparent difficulty – serving
coffee, writing, running and etc. Thus motion control looks relatively simple. But
these elementary motions turn out to be extremely difficult to calculate for
192
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
manipulators. Motion control is the one of the main research areas in robotics.
Traditionally, motion control software is a custom approach for each robot.
However this project has in mind motion control for all classes of manipulators. This
paper presents methods for trajectory generation based on 3 types of interpolation.
In the next section we review related work and the current state of the art in detail.
Then section 3 describes our research project about robot control software. And at the
end of the paper examples of interpolated trajectory will be given.
2. State of the art
Monolithically structured robot control system is difficult to adapt and modify. It
makes hard to integrate new hard- and software components. Therefore robotics
research today focuses on developing systems that exhibit modularity, flexibility and
intelligence.
OROCOS (Open Robot Control Software / Open Realtime Control Services) [3]
is a European open source software project coordinated by Universiteit Leuven,
Belgium. The project is based on design patterns as well as on object-oriented
programming methods. OROCOS has a highly modularized structure, where it is easy
to connect and to replace modules in order to master the software complexity problem.
OSCAR (Operational Software Components for Advanced Robotics) [4, 5] is a
project of the Robotics Research Group at Univercity of Texas, Austin. The OSCAR
framework is based on an object-oriented design. Components developed in OSCAR
are thus reusable and applicable across different robot types. OSCAR also offers
functionalities to deal with redundant and fault tolerant advanced robots. The OSCAR
framework has been developed and used for several years, and count NASA and the
Department of Energy (DOE) amongst its users.
ROBOOP (A robotics object oriented package in C++) [6] is a library for
robotics synthesis and simulation developed at the Ecole Polytechnique de Montreal.
The project is under the terms of GNU LGPL and a source code distribution can be
downloaded. JROBOOP is an open Java package inspired by ROBOOP and developed
by the Robotics and Automation Group of the University of Naples.
The Matlab Robotics Toolbox [7, 8] was developed at the CSIRO ICT Centre
Australia by P. Corke and provides the kinematics and dynamics models for well
known robots such as the Unimate Puma 560 and the Stanford arm.
Robotica [9] is a mathematics package developed at the University of Illinois at
Urbana-Champaign. Its input is a text file containing the Denavit-Hartenberg
parameters and dynamics data describing the robot to be analyzed. The project is no
longer supported.
3. Organic Robot Control
Within a subproject of the priority programme 1183 «Organic Computing» of the
German Research Foundation (DFG) software architecture for a robot controller is
developed with emphasis on self-configuration and self-organization features. In
particular a configuration system and a graphical user interface are developed in order
to configure the robot control on the fly. In general, a serial robot consists of a
number of rigid links connected with joints. The operator specifies mechanical
193
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
structure of a particular robot and then let the configurator automatically generates
the motion control.
4. Trajectory generation
It’s necessary to notice there are 2 fundamentally approaches of trajectory
generation:
 in joint space: path shapes in space and time are described in terms of
functions of joint angles. This motion is named Point-to-Point motion (PTP);
 in Cartesian space: path shapes in space and time are described in terms of
functions of cartesian coordinates. This motion is named Continuous Path motion (CP).
This paper is dedicated to the PTP motion.
4.1 PTP motion
This motion specifies the configuration of the manipulator at the start and end
points. The motion through intermediate points is not determined. On the other hand
PTP motion is fast in calculation and useful for operations where the position and
orientation along the path is irrelevant.
4.2 Trapezoidal velocity profile
Trapezoidal velocity profile is the most basic type of trajectory generation. As
shown in Fig. 1 this profile consists of 3 phases:
 acceleration;
 linear;
 deceleration.
Given:
Start point: s( t 0 )  s 0
s( t f )  s f
End point:
s ( t f )  v 3

Start/end velocity: s ( t 0 )  v0 ,
,
v
a
Velocity/acceleration limit: max , max ,
Since initial parameters are known, it’s possible to do computing:
s  s f  s 0
(1)
velocity
Distance:
time
Fig. 1. Trapezoidal velocity profile
At the begin motion type should be defined according to distance and speed
limit.
194
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Motion type:
without linear phase:
with linear phase:
v max 
v max 
s  a max
s  a max
(2)
(3)

v  Min v
, s  a

max
max
Now the maximum velocity could be defined: *
(4)
Due to the start and maximum velocities acceleration time will be:
t1 
v max  v0
a max
(5)
t 32 
and deceleration time:
vmax  v3
amax
(6)
t12
s( t1 )  v0  t1  amax
2 (7)
Hence, motion at the acceleration phase will be:
s( t 32 )  vmax  t32  amax
2
t32
2 (8)
at the deceleration phase:
and at the linear phase: s( t 21 )  s  s( t1 )  s( t32 ) (9)
linear phase time:
t 21 
s( t 21 )
v max
(10)
t 2  t1  t 21 (11)
Total time: t3  t1  t 21  t32 (12)
And calculation of s(t):
0  t  t1 : s( t )  s0  v0t 
at 2
2 (13)
t1  t  t 2 : s( t )  vmax  ( t  t1 ) (14)
t 2  t  t3 : s( t )  vmax ( t  t 2 ) 
a( t  t 2 )2
2
acceleration
(15)
It’s well known that simple trapezoidal velocity profile, in which the
manipulator is accelerated to a constant velocity at a constant acceleration and
decelerated to rest at a constant deceleration, can achieve fast motions.
100
80
60
40
20
0
-20 1
-40
-60
-80
-100
21
41
61
81
101 121 141 161 181 201 221 241
time
Fig. 2. Acceleration profile (Trapezoidal velocity profile)
195
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Non-continuous jerks are presented in Fig. 2. Since most real systems exhibit
some compliance, this profile tends to excite vibration and deterioration, because of
non-continuous acceleration. The alternative is a sinusoidal acceleration profile.
4.3. Sinusoidal acceleration profile
 
a  a max  sin 2   t  (16)
 tb 
– acceleration/deceleration time.
Fig. 3 represents profile according to (16).
acceleration
tb
100
80
60
40
20
0
-20 1
-40
-60
-80
-100
21 41 61
81 101 121 141 161 181 201 221 241 261 281 301
time
Fig. 3. Sinusoidal velocity profile
According to start and end velocities, max velocity will be:

s  amax  

v2  minvmax ,  v02  v32 

2

 

t1 
Acceleration time:
t 32 
Deceleration time:
Total time:
(17)
2  ( v 2  v0 )
amax
(18)
2  ( v2  v3 )
amax
(19)
a
s
2
t3 
 max  ( t12  t32
)
vmax 4vmax
(20)
Linear phase time: t 21  t3  t1  t32 (21)
And position:
Acceleration:
0  t  tb :
1
t2
s( t )  a max   t 2  b 2
8
 4
  2 
 
  cos
 t  1 


 
  tb
(22)
Linear:
t b  t  t v : s( t )  v max  ( t 
1
 tb )
2
(23)
196
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Deceleration:
tv  t  t f :
s( t ) 
t b2
4
2
t 2f
a
t2
 ( t f  t   t f t b   t b2 
2
2
2
( 1  cos(
2
 t  t v  )))
tb
acceleration
(24)
This motion profile allows reducing acceleration and deceleration jerk.
Acceleration is increasing continuously according to the sinusoidal function.
However, we can’t control jerk magnitude directly, like at the next profile:
4.4 Trapezoidal acceleration profile
100
80
60
40
20
0
-20 1
-40
-60
-80
-100
20
39
58
77
96 115 134 153 172 191 210 229 248 267
time
Fig. 4. Trapezoidal acceleration profile
Motion profiles:
si 1  si  vi  t i 1 
1 2
1
ai t i 1  ji t i31
2
6
vi 1  vi  ai t i 1 
1 2
jt i 1
2
(27)
(26)
ai 1  ai  jt i 1 (28)
where: s0  s0 , s7  s7 , v0  v0 , v7  v7 , a0  0, a7  0 (29)
«Jerk acceleration» phase ( j  jmax ):
ti 
a max
j max
, where i=1,3,5,7 (30)
t2 
The constant acceleration time:
t6 
vmax  v7 
amax

(31)
j  t 52
Deceleration:
Equation for the path length:
s  s7  s0 
vmax  v0  j  t12
amax
(32)
vmax  v0
( t 2  2t1 )
2
vmax  v7
( t 6  2t 5 )  vmax  t 4
2
(33)
At this point, jerk is the most restricting constant. The next restraining is the
limit if acceleration and velocity:
197
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
amax  a2  jmax  t1 (34)
amax  a6  jmax  t 7 (35)
Minimum acceleration time:
Deceleration:
v
 v0  j  t12 
t 2  min max
,0
a max


v  v 
t 6  min max 7
a max

t4 
j  t 52
s7  s0 

,0

(36)
(37)
v0  vmax
v  vmax
( t 2  2t1 )  7
( t 6  2t 5 )
2
2
vmax
Constant velocity time:
If t4<0, the maximum speed must be redefined:
vm 
s7  s0 
(38)
v0
v
( t 2  2t1 )  7 ( t 6  2t5 )
2
2
1
( t 2  t 6  4t1 )
2
(39)
Acceleration and deceleration times must be recalculated:
 v  v  j  t12 
t 2  min m 0
,0
a max


(40)
 v  v  j  t 52 
t 6  min m 7
,0
a max


(41)
And finally, if t2<0, jerk time must be recalculated for acceleration:
t1' 
v m  v0
j max
(42)
And deceleration:
t 5' 
v m  v7
j max
(43)
Finally, motion profile can be calculated:
100
80
60
40
20
0
-20 1
-40
19
37
55
73
91 109 127 145 163 181 199 217 235 253 271
-60
-80
-100
Fig. 5. Motion profiles: velocity, acceleration, position
(trapezoidal acceleration profile)
Jerk is a controlled value. Therefore, we can reduce wear and vibrations of the
manipulator and the only limit is total time of motion.
198
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
5. Software
Listed methods were implemented at the ORC project. According to
requirements of the project the software has been developed in unix-like operation
system and written in the C++.
Fig. 6. Trajectory generation block
As shown in Fig. 6, path defined in joint space is input and interpolated
trajectory is output. Trajectory interpolates according to manipulator parameters.
Program also allows synchronizing joints motions.
6. Examples
Altogether, 3 methods of trajectory interpolation were implemented in
trajectory generation block:
1. trapezoidal velocity profile;
2. sinusoidal acceleration profile;
3. trapezoidal acceleration profile.
Initial parameters for interpolation:
ss  0, se  90,vs  10,ve  20,
vmax  50, amax  80,clock  0.01
Examples of interpolation:
Trapezoidal velocity profile
100
80
60
40
20
0
-20 1
11 21 31 41 51 61 71 81 91 101 111 121 131 141 151 161 171 181 191 201 211
-40
-60
-80
-100
Fig. 7. Trapezoidal velocity profile
Sinusoidal acceleration profile
100
80
60
40
20
0
-20 1
13
25 37 49 61
73 85 97 109 121 133 145 157 169 181 193 205 217 229 241
-40
-60
-80
-100
Fig. 8. Sinusoidal acceleration profile
199
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Trapezoidal acceleration profile
100
80
60
40
20
0
-20 1
12 23 34 45 56 67 78 89 100 111 122 133 144 155 166 177 188 199 210 221 232
-40
-60
-80
-100
Fig. 9. Trapezoidal acceleration profile
Motion with trapezoidal velocity profile (Fig. 7) is faster than motions with
reduced jerk (Fig.8-9). But this motion does not consider joint torque saturation and
manipulator often has an oscillated or wrong response caused by it. Therefore, the
last 2 method are more useful and preferred in practice.
7. Conclusion and future work
In this paper we have presented the mathematical model for trajectory
generation block (as a part of ORC). This model consists of 3 interpolation methods,
the last 2 approaches allow controlling jerk magnitude for acceleration and
deceleration. Also, possibility of generation a trajectory with arbitrary velocities at
the start and end is implemented. In the near future we will also implement a
trajectory generation in Cartesian space.
List of the literature
1. Craig J.J. Introduction to robotics: mechanics and control / J.J. Craig. – 3-rd
edition. – Addison-Wesley, 2004.
2. Craig J.J. Adaptive control of Mechanical Manipulators / J.J. Craig. – AddisonWesley, 1988.
3. Bruyninckx H. Open robot control software: the OROCOS project // Proc. IEEE
International Conference on Robotics and Automation (ICRA). – p. 2523-2528. –
Seoul, Korea, May 2001.
4. Pryor M., Taylor R., Kapoor C., Tesar C. Generalized software components for
reconfiguring hyper-redundant manipulators // IEEE/ASME Transactions on
Mechatronics. – 2002. – Vol. 7. – No. 4. – p. 475-478.
5. March P., Taylor R., Kapoor C., Tesar C. Decision making for remote robotic
operations // Proc. IEEE Conference on Robotics and Information. – Vol. 3, p. 27642769, Apr. 2004.
6. Gourdeau R. Object oriented programming for robotic manipulators simulation //
IEEE Robotics and Automation Magazine. – 1997. – Vol. 4. – No. 3. – p. 21-29.
7. Corke P.I. A Robotics Toolbox for MATLAB / IEEE Robotics and Automation
Magazine. – 1996. – Vol. 3(1). – p. 24-32.
8. Corke P.I. A computer tool for simulation and analysis: the Robotics Toolbox for
MATLAB // Proc. National Conference of the Australian Robot Association. – p.
319-330. – Melbourne, Australia, July 1995.
200
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
9. Nethery J.F., Spong M.W. Robotica: A mathematical package for robot analysis
// IEEE Robotics and Automation Magazine. – 1993.
10. Makkonen P. On Multi Body Systems Simulation in Product Design / P.
Makkonen. – Stockholm: Royal Institute of Technology, 1999.
11. Meckl P.H., Arestides P.B., Woods M.C. Optimized S-Curve Motion Profile for
Minimum Residual Vibration // Proceedings of the American Control Conference,
1998.
УДК 665.637.8
С.П. ЛОМАКИН, Р.Р. ХАБИБУЛЛИН
Уфимская государственная академия экономики и сервиса (г. Уфа)
ПРОИЗВОДСТВО БИТУМОВ
Битум с давних пор является одним из наиболее известных инженерностроительных материалов. Его адгезионные и гидрофобные свойства
использовались уже на заре цивилизации. В настоящее время области
использования битумов чрезвычайно широки. Достаточно назвать дорожное
строительство, изготовление кровельных материалов, применение в
лакокрасочной и кабельной промышленности, строительство зданий и
сооружений, прокладку трубопроводов и др.
В соответствии с большой потребностью выпуск битума в промышленно
развитых странах достигает больших размеров. Так, в СССР ежегодное
производство битумов составляло 10-13 млн тонн, в Великобритании, Италии,
Франции и ФРГ выработка битумов находится на уровне 1,5, 3,0, 2,5 и 6,0 млн
тонн в год соответственно, а в США превышает общий выпуск битума в
указанных западноевропейских странах примерно в 2 раза.
Основным сырьем для производства битумов в нашей стране являются
остаточные продукты нефтепереработки: гудроны, асфальты деасфальтизации,
экстракты селективной очистки масляных фракций. Использование природных
битумов крайне незначительно.
Производство нефтяных битумов осуществляют разными способами:
продувкой гудронов воздухом, перегонкой мазутов с глубоким отбором
дистиллятов, деасфальтизацией гудронов пропаном. Широко применяют
также компаундирование продуктов различных процессов. Основным
процессом производства битумов в нашей стране является окисление –
продувка гудронов воздухом. Окисленные битумы получают в аппаратах
периодического и непрерывного действия, причем доля битумов, полученных
в аппаратах непрерывного действия, – более экономичных и простых в
обслуживании – постоянно увеличивается. Среди аппаратов непрерывного
действия наиболее эффективными являются пустотелые колонны с
разделенными секциями реакции и сепарации прореагировавших фаз.
201
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В процессах вакуумной перегонки и деасфальтизации получают
остаточные и осажденные битумы. Главное назначение этих процессов –
извлечение дистиллятных фракций для выработки моторных топлив и
деасфальтизации – подготовка сырья для масляного производства. В то же
время побочные продукты этих процессов – гудрон перегонки и асфальт
деасфальтизации – соответствуют требованиям для битума или их используют
в качестве компонентов сырья при производстве окисленных битумов.
Каждый из процессов имеет свои особенности, заключающиеся в
неодинаковой степени решенности характерных проблем, к числу которых
нужно отнести уровень энергетических, материальных и трудовых затрат, а
также соответствие требованиям экологии и охраны труда. Свойства битумов
зависят как от технологий производства, так и от природы исходной нефти.
Это позволяет получать битумы, различающиеся по качеству и пригодные для
применения в разнообразных областях.
Потенциальная возможность получения высококачественных битумов из
нефтей разной природы (сернистых или парафинистых) реализуется лишь при
правильном определении не только вклада того или иного процесса в общую
технологическую схему производства, но и последовательности их
проведения.
В соответствии со способами производства битумы разделяют на
окисленные, остаточные, осажденные и компаундированные. Классифицируют
битумы и по областям применения.
В наибольшем объеме выпускаются дорожные битумы, которые
подразделяются на вязкие, предназначенные для выполнения основных
дорожно-строительных работ, и жидкие, предназначенные для удлинения
сезона дорожного строительства. Далее по количеству потребления битумов
идет кровельная промышленность, и кровельные битумы подразделяются на
пропиточные (для пропитки кровельной основы) и покровные (для создания
покровного слоя). Значительная доля битумов используется в строительных
работах; это – строительные битумы. Кроме того, выпускают высокоплавкие
мягчители для резинотехнической и шинной промышленности, специальные
битумы для лакокрасочной, шинной и электротехнической отраслей
промышленности, изоляционные битумы для изоляции трубопроводов и
битумы для заливочных аккумуляторных мастик.
Список литературы
1. Грудников М.Б. Производство нефтяных битумов / М.Б. Грудников. – М.:
Химия, 1983. – 192 с.
202
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
УДК 518.5
Р.И. ФАЙЗРАХМАНОВ, А.Ф. ВАЛЕЕВА
Уфимский государственный авиационный технический университет (г. Уфа)
ВЫБОР ПУНКТОВ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ
ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ С ПОМОЩЬЮ АЛГОРИТМА
«МУРАВЬИНАЯ КОЛОНИЯ»
Для выбора пунктов, в которых необходимо произвести измерения
уровня загрязнения окружающей среды предлагается метод математического
моделирования с использованием метаэвристики «муравьиная колония», где
известны следующие параметры:
m – суммарное количество пунктов в которых возможно произвести
измерения;
i – номер пункта;
η(i) – весовая(количественная) характеристика пункта I;
Ω – суммарная оценка эффективности пунктов измерения окружающей
среды;
ξ – коэффициент испарения;
τi – уровень феромона на фрагменте I;
τ0 – начальный уровень феромона.
Требуется найти n – количество пунктов, в которых необходимо
произвести измерение (n<=m) для адекватного восприятия уровня загрязнения.
Для успешного преминения алгоритма «Муравьиная колония»
произведем его адаптацию к поставленной задаче (см. табл.).
Таблица
Адаптация алгоритма «Муравьиная колония»
Элемент
Описание элемента
Фрагмент
Составная часть решения задачи (пункт измерения)
Феромон
Численная характеристика фрагмента i или
перехода между фрагментами (i,j) (обозначается i ,
либо ij соответственно). Показывает, насколько
часто данный фрагмент (переход) входил в лучшие
решения на предыдущих итерациях алгоритма.
Агент
Алгоритм, который итеративно строит из
множества фрагментов допустимое решение
задачи.
Для поставленной задачи применяется следующая последовательность
действий.
1. Строится частично построенное решение, т.е. выбираются начальные k
мест для измерения. (k<n, где n<=m).
203
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2. Определяется начальный уровень феромона τ0.
3. Пока не выполнено условие останова (кол-во итераций, или время
выполнения) выполнять:
3.1. Для каждого агента, пока не построено полное решение, т.е. пока не
выбрано n пунктов, выполнять:
3.1.1. Выбирается пункт с наибольшей оценкой, которая вычисляется по
формуле    (i )   i и добавляется к решению.
3.1.2. Выполняется процедура локального улучшения решения.
3.1.3. Обновление феромона на шаге по формуле  i  (1   )   i     0 .
3.2. Выполнения процедуры глобального обновления феромона, по
формуле  i  (1   )   i     , где  – суммарный вклад агентов в построение
решения.
3.3. Нахождение рекордных решений с максимальным значением Ω и
запоминаем их.
4. Если выполнено условие останова, то вывести лучшее решение.
Предложенный метод позволяет приблизительно выбрать из
совокупности мест те, в которых необходимо произвести измерения уровня
загрязнения окружающей среды.
УДК 674.048
Р.Р. ХАБИБУЛЛИН, Н.М. АДЕЕВ, С.П. ЛОМАКИН, Э.С. ФИЛАТОВА
Уфимская государственная академия экономики и сервиса (г. Уфа)
СРЕДСТВО ДЛЯ ЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ ДРЕВЕСИНЫ
В настоящее время в связи со снижением ресурсов древесины твердых и
ценных пород проблема модифицирования древесины мягких и малоценных
лиственных пород, с целью улучшения ее физико-химических свойств,
является весьма актуальной.
Одним из перспективных методов улучшения свойств древесины
является ее модифицирование полимерами, позволяющее получить новый
древесно-полимерный композит, который при сохранении анатомического
строения древесины обладает улучшенными физико-механическими
показателями. Модифицирование древесины полимерами снижает пористость,
водо- и влагопоглощение древесины, способствует сохранению стабильности
размеров, повышает долговечность изделий из нее, позволяя заменить
древесину твердых и ценных пород мягкими и малоценными и расширить
сырьевую базу строительных материалов из древесины лиственных пород.
При выборе пропитывающих составов необходимо учитывать
гигиенические характеристики, эксплуатационную надежность древесно-
204
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
полимерных композитов, а также доступность, стоимость, удобство при работе
с пропитывающими составами и энергоемкость способа пропитки. Все
вышеперечисленное учитывали в данной работе, посвященной разработке
полимерно-композиционного состава для древесины мягких пород.
В качестве защитного средства использовали композит, представляющий
собой смесь отходов производства высокомолекулярных соединений в
органических растворителях с различными добавками. Изменение качества
древесины контролировали по влагопоглощению и биоцидным свойствам на
образцах липы, березы, осины и сосны в соответствии со стандартными
методиками.
Анализ полученных результатов на влагопоглощение показал, что после
44 суток испытания образцов в воде их вес изменился следующим образом:
Липа – 330 % (контрольный образец – 350 %)
Береза – 170 % (контрольный образец – 220 %)
Сосна – 172 % (контрольный образец – 190 %).
Во второй серии опытов изучали влияние продолжительности
обработки пропитывающим раствором. Продолжительность выдержки
образцов в растворе составило 5, 10 и 24 часа.
Продолжительность обработки пропитывающим раствором образца
липы почти не повлияло на ее способность поглощать воду. Несколько
большее влияние время пропитки оказало на образец березы, при пропитке в
течение 24 часов за 10 суток вымачивания в воде образец «потяжелел» на
140 %, а при 5-часовой обработке привес составил 154 %. Для образца сосны
влагопоглощение через 10 суток имеет следующие значения.
Для образца с 5-часовой пропиткой привес 179 %, с 10-часовой пропиткой
привес 174 %, с 24-часовой пропиткой привес 162 %.
Водопоглощение у обработанных образцов древесины меняется от
времени незначительно.
Таким образом, из результатов исследования обработки древесины
защитным средством следует, что оно не изменяет структуры древесины, а
блокирует функциональные группы целлюлозной составляющей, что, в свою
очередь, задерживает процессы гидролиза древесины в целом.
Оценку грибостойкости производили методом инфицирования образцов
древесины спорами микроорганизмов типа Aspergillua niger Thom и
Penicilinium funieulosum Thom. Образцы спор были получены в лаборатории
молекулярной генетики Института биохимии и цитохимии УНЦ РАН.
В качестве эталона грибостойкости был использован раствор сульфата
меди(П), известный своими антисептическими свойствами. Образцы
древесины обрабатывали методом погружения в пропиточный раствор.
Наблюдение за образцами осуществляли в течение 28 суток с
ежедневной фиксацией изменения грибообразования. Характер обрастания
спорами определяли по сохранности и жизнестойкости мицеллы. По
окончании эксперимента результат выражен в процентах разности площади
205
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
обрастания спорами от общей площади образца. Экспериментально
установлено, что разработанное защитное средство может быть использовано
в качестве фунгицидного средства защиты древесины, устойчивого к
воздействию влажной среды.
Поскольку древесина относится к наиболее воспламеняемым
материалам, имеется необходимость придания этим материалам огнезащитных
свойств. Снижение горючести различных веществ достигается либо
композиционным введением внутрь, либо поверхностной обработкой
составами, которые содержат антипирены. Повышение огнестойкости
образцов древесины изучали на композиционных составах, включающих
адгезионную компоненту в комплексе с фосфорсодержащими соединениями
по специально разработанной технологии.
Известно, что снижение горючести целлюлозо-содержащих материалов
придают
фосфорсодержащие
антипирены,
замедляющие
процесс
массопередачи за счет разложения целлюлозы в низкотемпературную область.
При этом происходит снижение скорости выделения летучих соединений,
поддерживающих процесс горения.
В качестве эталона антипирена использовали полифосфат аммония.
Оценку огнезащитных свойств состава проводили на образцах сосны методом
дериватографии. Термический анализ образцов проводили на дериватографе
Q-1500D фирмы MOM (Венгрия). Скорость нагревания составила 20 °С/мин в
температурном диапазоне от 20 до 1000 °С, атмосфера испытаний – воздух.
Результаты испытаний образцов сосны представлены в таблице.
Таблица
Потеря массы модифицированных образцов сосны
в зависимости от температуры
Зольный
500 °С остаток при
850 °С
68,8
8,8
Наименование
100°С
200 °С
300 °С
400 °С
Сосна - О
4,8
6,4
19,2
59,2
Сосна,
обработанная
защитным
средством
0,8
3,2
11,2
52,8
72,0
7,2
Сосна,
обработанная
ПФЛ
1,6
4,4
32,7
41,3
50,0
14,2
Сосна,
обработанная
опытным
композитом
2,2
12,0
32,0
39,4
44,6
15,4
206
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Исследование термолиза образцов древесины показало, что защитное
средство в чистом виде не придает огнезащитных свойств образцам
древесины, потеря массы образцов при температуре 500 °С приблизительно
одинакова и составляет около 70 %. Только после дополнительной обработки
фосфорсодержащим составом образцы приобретают огнестойкие качества.
Потеря массы образца, обработанного антипиреном ПФА, составляет около
50 %. Изменение массы образца, обработанного опытным композитом, при
той же температуре составляет 44,6 %, что свидетельствует о его достаточно
высоких антипиреновых свойствах.
Косвенно это подтверждается выходом сухого остатка. У
необработанного образца древесины и обработанного защитным средством
значение зольного остатка составляет 7-8 %, тогда как у образца,
обработанного эталонным антипиреном – 14,2 %, а образца, обработанного
опытным композитом – 15,4 %. В результате исследований было разработано
защитное средство для предотвращения разрушения древесины от действия
влаги окружающей среды, обладающее биоцидными свойствами с
возможностью придания ему огнезащитных свойств при последующей
обработке его соответствующими составами.
УДК 637
Р.В. КУНАКОВА2, А.Г. ГАЙДЕРОВ1, И.Р. ФАХРЕТДИНОВ1,
И.Т. ФАРХИЕВА2, Р.Р. ХИСАМОВ3, Р.А. ЗАЙНУЛЛИН2, А.Н. ЕРКЕЕВ2,
Б.Ф. АКМАНОВ2
1
ОАО «Башспирт», Уфимский спирто-водочный комбинат «Золотой век»
(г. Уфа)
2
Уфимская государственная академия экономики и сервиса (г. Уфа)
3
Башкирский государственный аграрный университет (г. Уфа)
НОВЫЕ СОРТА ХЛЕБА С ФУНКЦИОНАЛЬНЫМИ ДОБАВКАМИ
Современный рынок хлебобулочных изделий характеризуется
жесточайшей
конкуренцией.
Дальнейшее
развитие
предприятий
ограничивается эффективностью существующих систем сбыта, расширение
которых требует больших финансовых и организационных усилий. Другое
направление развития предприятия – привлечение новых потребителей в
рамках уже существующей сбытовой сети. Это возможно за счет изменения
качества готовой продукции.
Массовые сорта хлеба содержат недостаточное количество минеральных
веществ, витаминов, пищевых волокон и других питательных веществ,
необходимых для удовлетворения потребности в них организма. Для
повышения пищевой ценности пшеничных сортов хлеба предлагается
207
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
обогащение их биологически активными элементами, витаминами,
содержащимися в растительном сырье.
Основными полуфабрикатами в ликероводочном производстве являются
спиртованные соки, морсы и ароматизированные спирты. Их получают из
натурального растительного сырья: плодов, ягод, травы, корней др. Кроме
ликероводочного
производства
недревесные
растительные
ресурсы
используют для получения лечебно-профилактических средств – сиропов,
масел и др. Потребности предприятий в исходном растительном сырье
довольно значительны.
В нашей республике в промышленных масштабах заготавливают плоды
шиповника майского (Rosa majalis L.) и рябины обыкновенной (Sorbus
aucuparia L.). Остальные виды плодов и ягод собираются главным образом
населением. Основной заготовке подлежат плоды шиповника. Так с 1957 года
Уфимский витаминный завод перерабатывал ежегодно от 172 до 396 т плодов
шиповника, с целью изготовления витаминных препаратов.
Пищевая промышленность испытывает острую потребность в плодовоягодном сырье. К примеру, Уфимскому ликероводочному заводу для
выполнения плана ежегодно требуется более 13 тыс. кг сырых и 3 тыс. кг
сухих плодов вишни, 6,5 тыс. кг ягод клубники, 5 тыс. кг клюквы, 5 тыс. кг
малины, 600 кг ягод можжевельника, 7 тыс. кг сырых и 5 тыс. кг сухих плодов
рябины, 3 тыс. кг черной смородины, 1,5 тыс. кг ягод черники. Такого
количества сырья комбинат не может получить от местных заготовителей, и
потому необходимое сырье поставляется из других регионов России.
По подсчетам Министерства природных ресурсов РБ, биологические
запасы плодов и ягод в республике составляют около 12 тыс. т. Запасы плодов
рябины в лесхозах достигают 5 тыс. т., черемухи – 3,4 тыс. т, малины – 1 тыс.
т, шиповника – 0,5 тыс. т, смородины – 0,4 тыс. т, черники 0,2 тыс. т, брусники
– 0,2 тыс. т. Эти цифры предварительные, но и они показывают, что наша
республика обладает богатыми запасами плодов и ягод, которые необходимо
правильно использовать для снабжения населения витаминными продуктами.
На ликероводочных заводах оставшееся после получения спиртованного
сока или морса сырье идет в отвал. Вместе с тем в соки и морсы переходит не
более 15 % массы исходного сырья. В данной работе сделана попытка найти
им эффективное применение.
Для повышения пищевой ценности пшеничных сортов хлеба мы
предлагаем обогащение их порошком шиповника майского и рябины
обыкновенной. В Уфимском спиртоводочном комбинате «Золотой век» были
отобраны, высушены и измельчены отходы шиповника и рябины. Экстракцией
измельченных порошков шиповника и рябины петролейным эфиром в
аппаратах Сокслета было определено содержание масел и проведен их анализ.
Качественная характеристика экстрактов приведена в таблице 1.
208
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 1
Качественная характеристика экстрактов
Шиповник майский
Показатель
Опытный
образец
3,9
0,930
Выход %
Плотность, г/см3
Коэффициент
1,479
преломления
Содержание
99
каротиноидов, мг %
Содержание
168
токоферолов, мг %
Состав жирных
кислот, %
пальмитиновая
1,7
стеариновая
отсутствуют
олеиновая
15,9
линоленовая
39,1
α-линоленовая
44
γ-линоленовая
отсутствуют
Соотношение ω1:1,2
6/ω-3
Рябина обыкновенная
ФС 42-206796
0,915-0,940
Опытный
образец
1,2
0,929
ТУ 9141-02205800314-98
0,910-0,940
1,475-1,490
1,482
1,470-1,490
Не менее 60
111
Не менее 70
Не норм.
501
Не норм.
То же
То же
6,3
0,7
27,1
65,1
1,1
отсутствуют
-
209
63:1
-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Данные таблицы 1 показывают,
что в полученных массах содержатся
все
три
группы
витаминов:
каротиноиды
(провитамин
А),
токоферолы
(витамин
Е)
и
полиненасыщенные жирные кислоты
(ПНЖК-витамины
группы
F).
Порошок
отобранных
проб
изготовляли из сушеных плодов путем
тонкого измельчения. Он представляет
собой мелкодисперсную систему,
включающую все анатомические части
плодов. В том числе семена, богатые
жирорастворимыми
витаминами,
каротиноидами,
обладающими
антиоксидантными свойствами.
Так, например, химический
состав
порошка
шиповника
представляет
собой
концентрат
биологически активных веществ.
Рис. Формование хлеба
Содержание витамина С в шиповнике
составляет 1100 мг в 100 г продукта.
Благодаря высокому содержанию аскорбиновой кислоты, порошок является
естественным улучшителем хлебопекарного производства, так как
интенсифицирует процесс брожения теста.
Органические кислоты шиповника не только интенсифицируют процесс
брожения, но и придают приятный фруктовый привкус. Благодаря
содержанию каротиноидов, порошок шиповника придает мякишу приятный
бежевый оттенок. Кроме того, каротиноиды обладают лечебнопрофилактическими, антиоксидантными свойствами, поэтому продукты,
богатые -каротином, рекомендовано применять при лучевых поражениях.
Главное диетическое действие шиповника связано с содержанием
аскорбиновой кислоты, -каротина и железа. Учитывая указанную
совокупность положительных свойств, в ПО ТПО «Чекмагуш» совместно с
Башкирским ГАУ проведены пробные выпечки хлеба из пшеничной муки 1-го
сорта с введением в него порошка шиповника майского, черемухи и рябины
обыкновенной.
Нами изучались возможности применения такого сырья в качестве
добавок при выпечке хлебобулочных изделий.
Хлеб выпекался формовым из смеси двух видов теста – обычного
(светлого) и теста (бежевого) с введением в него порошка шиповника и
рябины. Тесто для хлеба можно готовить любым способом, однако
рекомендуется использовать опарный способ. Способы разделки готового
210
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
теста позволяют выпекать хлеб не только привлекательного внешнего вида,
но и приятного на разрез. Изделия выпекались в пекарной камере в течение 2535 мин, при температуре 200-220 0С. Все технологические схемы позволили
получить хлеб хорошего качества, привлекательного внешнего вида,
приятного вкуса и способности сохранять мягкость при длительном хранении.
Физико-химические показатели хлеба с добавленными порошками
исследуемых плодов растений находятся в пределах нормы для данных сортов
хлеба и соответствуют всем требованиям. Образец хлеба с добавлением
порошка шиповника майского обладал приятным кисло-сладким вкусом,
развитой пористостью.
Для производства хлеба с добавлением плодов шиповника и рябины
обыкновенной используется сырье «Плоды шиповника сушеные», «Плоды
рябины сушеные» ГОСТ 1994-93. В рецептуру хлеба включено следующее
сырье: мука пшеничная 1-го сорта, дрожжи хлебопекарные, соль поваренная
пищевая, шиповник сушеный дробленый или рябина сушеная дробленая.
Масса хлеба составила 0,300 кг.
Таблица 2
Физико-химические показатели качества мякиша
Хлеб с
Хлеб с
Показатель
шиповником
рябиной
Влажность мякиша, %, не более
39,9
38,9
Кислотность мякиша, не более
2,9
3,1
Массовая доля сахара в пересчете на сухие
6,30,1
6,30,1
вещества, %
Массовая доля жира в пересчете на сухое
3,60,1
3,70,1
вещество, %
Пористость мякиша, % не менее
71,0
71,0
Нами предложено через хлеб – продукт ежедневного и повсеместного
потребления, довести до потребителей продукт повышенной биологической и
пищевой ценности.
Таким образом, выполненные исследования позволяют рассматривать
плодово-ягодные отходы ликероводочного производства как полноценное
сырье для получения биологически активных препаратов пищевого
назначения. Реализация данных разработок позволит сделать ликероводочное
производство практически безотходным.
211
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
УДК 504
Р.Р. ХАБИБУЛЛИН, С.Г. КОВАЛЕВ, Э.Ф. ЮНУСОВА
Уфимская государственная академия экономики и сервиса (г. Уфа)
ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ
БУРЫХ УГЛЕЙ
До 2010 года в России предполагается значительный рост добычи угля.
Основным резервом повышения углеобеспечения страны в ближайшие годы
является не резкий рост добычи угля, а его эффективное использование во
всех отраслях экономики на основе повышения технического и
технологического уровня его переработки.
Месторождения бурых углей Южно-Уральского бассейна: Бабаевское
(республика Башкортостан), Куюргазинское (республика Башкортостан),
Маячное (республика Башкортостан), Ворошиловское (Оренбургская область),
Яман-Юшатырское (Оренбургская область), Тюльганское (республика
Башкортостан), Репьевское (Оренбургская область), Быковское (Оренбургская
область), Матвеевское (Оренбургская область), Хабаровское (Оренбургская
область).
Проведены исследования по изучению распространения благородных,
редких металлов в буроугольных месторождениях Южно-Уральского
бассейна, использования как сырья для химических процессов и утилизации
золошлаковых отходов.
Из известных химических методов переработки бурых углей наиболее
перспективным и экономически оправданным является метод гидрогенизации
с получением различных фракций жидких углеводородов, в том числе и
экологически чистого топлива. Возможна также газификация угля для
получения энергетических или технологических газов с последующим
получением водорода, или синтез моторного топлива.
В таблице приведены результаты исследований по содержанию в бурых
углях и золах Южно-Уральского бассейна благородных металлов и других
редких элементов (в г/т).
Таблица
Содержания благородных металлов в углях и золах Южно-Уральского
буроугольного бассейна
№
Pt
Pd
Rh
Iг
Ru
Аи
Ag
1
0,71
0,57
<0,004
<0,001
<0,02
<0,001
0,03
2
0,28
0,54
<0,004
<0,001
<0,02
<0,001
0,021
3
0,91
0,90
<0,004
<0,001
<0,02
<0,002
0,036
4
0,68
0,61
<0,004
<0,001
<0,01
<0,002
0,028
212
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
5
0,42
0,72
<0,004
<0,001
<0,01
<0,0034
0,027
6
0,70
0,32
<0,005
<0,005
<0,01
<0,002
0,15
7
2,4
1,1
<0,005
<0,005
<0,01
<0,002
0,15
8
2,2
2,0
<0,005
<0,005
<0,01
<0,002
0,17
9
1,0
0,55
<0,005
<0,005
<0,08
<0,002
0,55
10
0,66
0,28
<0,005
<0,005
<0,01
<0,002
0,28
11
0,57
0,24
<0,005
<0,005
<0,01
<0,002
0,24
Примечание: №№ 1-5-буроугольный шлам со складов Кумертауской брикетной фабрики, 611 – золошлаковая смесь из отвалов Кумертауской ТЭЦ.
По данным АО «Башкируголь» на 01.01.2001 год количество
буроугольных шламов в шламохранилищах составило 2,5 млн т, а количество
заскладированных золошлаковых отходов – 172,7 тыс. т. На сегодняшний день
в шламах заскладировано 3,25 т платины и палладия при приблизительно
равных количествах металлов, а в золошлаковых отходах – 490 кг Pt + Pd.
Образующиеся золошлаковые отходы могут быть использованы в
производстве строительных материалов.
Таким образом, всесторонний анализ полученного материала позволяет
утверждать, что комплексное и безотходное использование природных
ресурсов это будущее минерально-сырьевой политики нашего государства.
УДК 547.97
Н.М. МАРУШИНА, О.Г. ГОРЛЕВСКИХ
Уфимская государственная академия экономики и сервиса (г. Уфа)
ХИМИЧЕСКИЙ МЕТОД УТИЛИЗАЦИИ НЕФТЕШЛАМА
Современная техногенная экономика является открытой системой, где
получение относительно небольшого конечного продукта требует огромных
затрат ресурсов и сопровождается большими отходами. По отношению к
общему объекту отчуждаемого природного вещества конечный продукт
составляет 2-4 %, а остальная часть идет в отходы. По оценке
природоохранных органов в Российской Федерации образуется ежегодно
более 30 млн тонн отходов промышленного, сельскохозяйственного и
бытового происхождения. В настоящее время в Республике Башкортостан –
одном из крупнейших промышленных и сельскохозяйственных регионов
России – накоплено около 2 млрд тонн отходов, из них около 94 млн тонн
являются токсичными. Переработка и использование вторичного сырья
является рентабельной отраслью. При этом решается двусторонняя задача:
эффективное использование природного сырья и продуктов его переработки, с
213
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
одной стороны, и охраны окружающей среды от различного рода загрязнений
и отходов – с другой.
В последнее десятилетие наблюдается все возрастающий интерес к
различным аспектам проблемы окружающей среды от загрязнения, истощения
и деградации. Основной причиной чрезвычайной актуальности этой проблемы
является интенсивное влияние внешней среды под давлением человеческой
деятельности: быстрое развитие энергетики и транспорта, химизация
сельского хозяйства и быта, урбанизация, что приводит к увеличению
промышленных, сельскохозяйственных, транспортных, бытовых и других
отходов, загрязняющих окружающую среду. Это оказывает как прямое, так и
опосредованное влияние на здоровье и заболеваемость населения, на условия
его труда, быта и отдыха.
В условиях защиты окружающей среды работа промышленности и
сельского хозяйства должна быть организована таким образом, чтобы
организующиеся
отходы
превращались
в
безвредные
продукты.
Сельскохозяйственные
отходы
представляют
собой
излишки
сельскохозяйственной продукции, используемые неэффективно. Большинство
методов удаления отходов представляет собой концентрацию или
перемещение отходов, как-то: выделение источника загрязнения,
биологическая переработка отходов, сжигание или запахивание в землю.
Рециркуляция, повторная переработка и использование отходов в
положительном смысле открывают возможности возвращения их к полезному
применению в противоположность к традиционным методам удаления и
перемещения отходов. Подобные процессы эффективны при наличии методов
использования рынка сбыта и экономической эффективности процесса.
Многие отходы сельскохозяйственной продукции в настоящее время не
находят квалифицированного применения – либо сжигаются, либо
накапливаются в виде мусора, загрязняя окружающую среду. Следовательно,
существует острая необходимость утилизации отходов сельскохозяйственной
продукции путем извлечения ценных компонентов. В частности, известны
различные пищевые красители, извлекаемые из отходов свекольного
производства, лепестков роз, лекарственные препараты из растений.
С этой точки зрения представляет интерес ботва, шелуха и солома
сельскохозяйственных растений, ежегодно в больших количествах
запахиваемые или сжигаемые на полях специализированных хозяйств.
Наиболее
распространенными
компонентами
растений
являются
флавоноидные и каротиноидные соединения, которые являются основой
красных, желтых, оранжевых красителей.
Одной из проблем нефтехимической промышленности является
разработка методов утилизации и переработки нефтесодержащих отходов.
Одним из наиболее опасных загрязнителей практически всех компонентов
природной среды являются нефтесодержащие отходы – нефтяные шламы,
которые образуются в процессе переработки нефти. Основными компонентами
214
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
нефтешламов являются нефть, нефтепродукты, загрязненная химреагентами
минерализованная вода и твердые взвешенные вещества различного
происхождения, а также механические примеси, состоящие из твердых
песчаных и глинистых частиц. По физическому состоянию нефтешлам
представляет собой полидисперсную систему, содержащую частицы
крупностью более десятых долей миллиметра, суспензии и эмульсии
размерами частиц от десятых долей миллиметра до 0,1 мкм и коллоидные – от
0,1 до 0,001 мкм.
Шламонакопители являются причиной гибели перелетных птиц и
мелких животных, попадающих в них. Кроме того, шламонакопители
занимают значительные площади, выведенные из сельскохозяйственного
оборота. Поэтому ликвидация нефтешламовых амбаров и утилизация их
содержимого является сегодня актуальной задачей.
В настоящее время одним из перспективных направлений утилизации
нефтешлама является использование растительного шрота в качестве сорбента
с дальнейшим брикетированием отработанного сорбента. В качестве сырья для
проведения данной работы был использован шрот, оставшийся в качестве
отхода после извлечения из верхних побегов картофеля биологически
активных веществ.
При использовании в качестве растворителя этилового спирта
экстрагировали целую гамму пигментов, входящих в состав высших растений.
Хроматографическим методом анализа было доказано, что полученные
пигменты представляют смесь таких компонентов как флавоноиды,
антоцианы, хлорофилл, частично каротиноиды и гликоалкалоиды. Методом
адсорбционной хроматографии предварительно было установлено, что смесь
экстратрованная кислотами из верхних побегов состоит из 40-44 % соланина и
56-60 % чаконина. В результате было установлено, что полученный после
экстракции сухой остаток полностью состоит из клетчатки, которая в свою
очередь является экологически чистым продуктом, то есть шрот является
экологически чистым материалом и не содержит вредных для здоровья
компонентов.
В качестве связующего нефтяного происхождения, повышающего
прочность и теплоту сгорания, использовался нефтешлам, уловленный из вод
заводов «Уфанефтехим». В качестве пористого носителя использовалась глина
Алексеевского месторождения. Данная порода глины является умереннопластичной, число пластичности у нее составляет не менее 7 %.
Для определения адсорбционной способности шрота были использованы
два варианта получения брикетов с различным содержанием глины и шрота.
Измельченный шрот смешивали с глиной в следующих соотношениях:
образец 1 – 50 % шрот + 50 % глина;
образец 2 – 40 % шрот + 60 % глина;
образец 3 – 33 % шрот + 67 % глина.
215
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Для получения наиболее прочных брикетов измельченный шрот в
течение суток пропитывали нефтешламом. Адсорбционная способность шрота
в этом случае составила 35 мл нефтешлама на 100 г шрота. Затем пропитанный
шрот смешивали с глиной в различных соотношениях и прессовали на прессе
П-125. Результаты брикетирования показали, что оптимальным для получения
высококачественного брикета является соотношение «пропитанный
нефтешламом шрот – глина» + 1: 1,5 , спрессованные под давлением 50 атм.
При меньшем давлении получаются непрочные брикеты, а при увеличении
давления при прессовании выделяется нефтешлам. При увеличении
содержания глины прочность брикетов увеличивается, но при этом
уменьшается теплотворная способность, так как избыток глины будет
мешать процессу горения брикета. Из 100 тонн картофельной ботвы
образуется 13699 кг шрота, который предлагается использовать для
изготовления брикетов. 13696 кг шрота адсорбируют 4863 кг нефтешлама.
Брикетов сжигается меньше, чем чистого нефтешлама, что существенно
сокращает вредные выбросы в отличие от использования в качестве топлива
чистого нефтешлама. Таким образом, сельскохозяйственные отходы, после
извлечения из них биологически активных веществ (природные красители),
можно использовать в качестве сорбента нефтешлама. В результате
проведенных исследований были сделаны соответствующие выводы и
предложен метод эффективного использования растительных отходов для
получения товарной продукции, с целью охраны земельных ресурсов от
загрязнений отходами различных классов опасности.
УДК 66:662.7
С.В. НИКОЛАЕВА, А.О. ЖУРКИН, Д.Л. РАХМАНКУЛОВ,
Р.Р. ХАБИБУЛЛИН
Уфимская государственная академия экономики и сервиса (г. Уфа)
Научно-исследовательский институт малотоннажных химических продуктов
и реактивов (г. Уфа)
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ДЕСТРУКТИВНОЙ ГИДРОГЕНИЗАЦИИ
УГЛЕЙ И ТЯЖЕЛЫХ НЕФТЯНЫХ ОСТАТКОВ
Деструктивная гидрогенизация является процессом прямого ожижения
углей и тяжелых нефтяных остатков в искусственное жидкое топливо или
сырье для химической промышленности. В процессах термической
переработки угля жидких продуктов образуется значительно меньше, чем в
условиях гидрогенизации. Уголь имеет нерегулярную полимерную структуру
и в условиях высоких температур и давлений распадается с образованием
большого числа различных по структуре и свойствам фрагментов. Роль
водорода, используемого в процессах гидрогенизации, заключается в
216
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
стабилизации фрагментов, получаемых при деструкции исходного сырья и
снижении содержания кислорода, азота и серы, что позволяет получить
достаточно стабильные и облагороженные продукты. Выбор технологической
схемы деструктивной гидрогенизации и оптимальных условий переработки
зависит от природы, фазового, элементного и структурного составов сырья.
В условиях деструктивной гидрогенизации целесообразно применять
угли [1, 2], содержащие 65-85 % углерода, более 5 % водорода, с содержанием
золы не более 5,5 % для каменных и 10 % для бурых углей. Установлено, что
легкость гидрогенизационной переработки снижается в ряду: торф > молодые
бурые угли > старые бурые угли > каменные угли > антрацит. Эта
закономерность объясняется тем, что ароматические и полиароматические
структуры являются более стабильными при гидрогенизации, чем олефины,
алканы, S-, O-, N-производные. Химические свойства углей [3] зависят от их
элементного и структурного составов, изменяющихся в широком диапазоне в
зависимости от степени метаморфизма и петрографического состава. Лучшим
сырьем для гидрогенизационных процессов являются угли [4] с высоким
содержанием витринита и лейптинита.
И.Б. Рапопортом [5] была установлена взаимосвязь между степенью
углефикации углей (100 H/C) и его способностью к ожижению. В зависимости
от этого горючие ископаемые делят на пять групп: 1 – каменные угли (тощие)
(100 H/C < 5,4); 2 – каменные угли (100 H/C = 5,4-6,5, до 37 % летучих
веществ); 3 – каменные и бурые угли (100 H/C = 6,5-9,0, летучих веществ – 3750 %); 4 – богхеды и липтобиолиты (100 H/C = 9,0-12,0, летучих веществ –
50% и выше); 5 – нефтяные продукты (100 H/C > 12 %). Примерный расход
водорода на гидрогенизацию ископаемого сырья, в соответствии с
вышеприведенными группами, составляет 12,5; 11,5-12,5; 9,0-11,5; 6,0-9,0 и
6,0 % масс. соответственно.
Использование методов ЯМР 13C и ИК-Фурье-спектроскопии [6]
позволило выяснить, что глубина конверсии в начальных стадиях ожижения
углей резко падает при повышении содержания ароматических углеродных
атомов более 80 %, а активность углей коррелируется с содержанием в них
алифатических атомов водорода. Большое влияние на реакционную
способность при гидрогенизации оказывают входящие в мостиковые
фрагменты угля гетероатомы кислорода, серы и азота, содержание которых по
мере увеличения степени углефикации снижается. Ожижение молодых углей
[7] с большим количеством реакционных связей и различных функциональных
групп не приводит к деполимеризации, при малом времени контакта они
реагируют медленно, поглощая большое количество водорода. Первая стадия
гидрирования
такого
сырья
сопровождается
образованием
кислородсодержащих высокомолекулярных продуктов. Угли с промежуточной
степенью углефикации быстрее достигают максимальной величины
конверсии, они менее чувствительны к донорной активности растворителя. С
ростом времени контакта возрастает выход оксидов углерода и воды за счет
217
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
расщепления циклических структур с гетероатомами. При гидрогенизации
углей с высокой степенью углефикации получают небольшое количество
легких углеводородов, что обычно объясняется высоким содержанием в их
структуре конденсированных ароматических циклов. Происхождение углей
оказывает большое влияние на структуру и свойства образующихся при
углефикации веществ. Сапропелитовые угли, в отличие от гумусовых, имеют
алифатическую структуру [8], соответственно, более высокое содержание
водорода (до 10 %), в продуктах их переработки практически нет фенолов и
асфальтенов, поэтому они являются сырьем для получения парафиновых
углеводородов. Распад всех видов органического сырья в условиях
деструктивной гидрогенизации начинается при 300 °C и достигает максимума
при 390 °C, при этом в продуктах ожижения наблюдается значительное
снижение суммарного содержания кислорода и серы, процессы конденсации и
газообразования протекают незначительно и заметно снижаются при
повышении давления водорода. Выход ароматических компонентов, крекинг и
деалкилирование увеличиваются с ростом температуры выше 390 °C.
Список литературы
1. Еремин И.В. Химия твердого топлива / И.В. Еремин, М.Н. Жарова,
Г.Б. Скрипченко. – 1978. – № 4. –С. 22.
2. Печуро Н.С. Химия и технология синтетического жидкого топлива и газа /
Н.С. Печуро, В.Д. Капкин, О.Ю. Песин. – М.: Химия, 1986. – 352 с.
3. Еремин И.В. Петрография и физические свойства углей / И.В. Еремин,
В.В. Лебедев, Д.А. Цикореев. – М.: Недра, 1980. – 264 с.
4. Wender J. Catal. Rev. Sci. and Eng. – 1976. – Vol. 14. – No 1. – P.101.
5. Рапопорт И.Б. Искусственное жидкое топливо / И.Б. Рапопорт. – М.:
Гостоптехиздат, 1949. –332 с.
6. Уайтхерст Д.Д., Митчелл Т.О., Фаркаши М. Ожижение угля / Под ред.
Липовича В.Г. – М.: Химия, 1986. – 256с.
7. Spiro C.L., Kosky P.G. Fuel. – 1982. – Vol. 61. – No 11. – P. 1080.
8. Носкова Л.П., Семенова З.В., Тутурина В.В. Деп. в ВИНИТИ. – № 398. –
XII-85 Деп.
218
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
УДК 631.811.98
О.И. ЯХИН1, И.А. ЯХИН1, А.А. ЛУБЯНОВ1, З.Ф. КАЛИМУЛЛИНА1,2,
И.Ф. ЯППАРОВ1,2, Р.А. МАНИКАЕВ, Р.В. КУНАКОВА2
1
Институт биохимии и генетики УНЦ РАН (г. Уфа)
2
Уфимская государственная академия экономики и сервиса (Уфа)
3
Башкирский государственный университет (г. Уфа)
НОВЫЕ РЕГУЛЯТОРЫ РОСТА РАСТЕНИЙ С АНТИСТРЕССОВОЙ
АКТИВНОСТЬЮ НА ОСНОВЕ ПРИРОДНОГО СЫРЬЯ
В группе биологически активных соединений Института биохимии и
генетики УНЦ РАН ведется разработка новых регуляторов роста растений.
Актуальность работы обусловлена необходимостью поиска новых
высокоэффективных
средств,
обладающих
оптимальными
экологотоксикологическими характеристиками и предназначенных для регуляции
роста растений и их устойчивости к абиотическим и биотическим стрессовым
факторам. Изучение механизмов действия новых биорегуляторов позволяет
определить уровень специфичности их защитного и рострегулирующего
действия и разработать стратегии оптимального их использования на
практике. Получаемые результаты будут служить основой для направленного
скрининга и получения биорегуляторов с широким спектром физиологической
активности.
Цель настоящего исследования – конструирование препаративных форм
биорегуляторов с фунгицидной и антистрессовой активностью на основе
растительного сырья и изучение механизмов их функциональной активности.
В рамках проводимых работ были получены биорегуляторы семейства
«стифун» и его модификации ИБГ-3, ИБГ-4, ИБГ-6, ИБГ-16 и исследованы их
протекторные свойства при действии абиотических (водный дефицит,
хлоридное засоление, тяжелые металлы, гербициды) и биотических (болезни)
факторов.
Результаты исследований показали, что биорегуляторы влияли как на
общий метаболизм растений, так и на синтез соединений, участвующих в
формировании защитных реакций растений. Активация роста растений под их
влиянием обусловлена усилением интенсивности деления и растяжения
клеток. Механизм рострегулирующего действия препаратов связан с
изменениями баланса фитогормонов АБК, ИУК, цитокининов.
Применение биорегуляторов в определенной степени предотвращало
негативное влияние тяжелых металлов на рост растений. Биорегуляторы
уменьшали кластогенный и анеугенный эффекты кадмия и снижали
содержание металла в надземной части растений при экспозиции на растворе
ацетата кадмия высокой концентрации. В рамках проводимых исследований
также изучалась экспрессия гена фитохелатинсинтазы риса PCS1 при действии
кадмия и роль изучаемых биорегуляторов в ее регуляции.
219
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Методом Real-Time-PCR с использованием технологии межпраймерного
переноса флуоресцентной резонансной энергии установлено повышение
уровня экспрессии гена белка холодового шока капусты CSP5 при действии
биорегуляторов стифуна, ИБГ-4. Активация экспрессии гена белка холодового
шока может свидетельствовать о возможности регуляции данными
препаратами защитных реакций растений при гипотермии.
Ряд интересных результатов был получен при оценке комбинированного
применения биорегуляторов с гербицидами. В лабораторных экспериментах
выявлено сильное ингибирующее действие гербицида аврорекс на линейные
размеры и массу растений T. aestivum при концентрациях, превосходящих
рекомендованные для практического применения, причем токсический эффект
был более выражен на надземной части растений. При использовании
концентрации
аврорекса,
рекомендованной
для
использования
в
растениеводстве, наблюдалась тенденция ингибирования их ростовых
параметров. Применение биорегулятора совместно с гербицидом полностью
предотвращало его негативное действие на растения T. aestivum. В условиях
естественного произрастания на сортах Казахстанская 10, Омская 35 при
использовании гербицидов аврорекс, трезор-гранд и топик наблюдали
некоторое возрастание урожайности культур по сравнению с контролем, при
совместном применении с биорегулятором ИБГ-3 происходило существенное
возрастание урожая зерна. На сорте Омская 35 гербицид биатлон несколько
снижал урожайность культуры, биорегулятор ИБГ-3 полностью предотвращал
негативное действие гербицида, обеспечивая существенное увеличение
урожайности. Следует отметить, что в опыте с биатлоном засоренность
посевов была низкой по сравнению с экспериментами с другими гербицидами.
В лабораторных и полевых экспериментах выявлены антистрессовые
свойства разрабатываемых биорегуляторов в условиях засоления и водного
дефицита.
Полученные результаты вносят существенный вклад в понимание
механизмов антистрессового действия биорегуляторов, предназначенных для
применения в сельском хозяйстве с целью регуляции роста и устойчивости
растений.
Работа выполнена при финансовой поддержке Фонда содействия
отечественной науке, Российского фонда фундаментальных исследований
(грант 02-04-97917), целевого гранта Министерства промышленности, науки и
технологий РФ.
220
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
СЕКЦИЯ III.
Трансфер технологий в социальную сферу и туризм
УДК 615.47:519.95
Д.Р. САФИН, М.А. УРАКСЕЕВ, И.С. ПИЛЬЩИКОВ
Уфимская государственная академия экономики и сервиса (г. Уфа)
Уфимский государственный авиационный технический университет (г. Уфа)
ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ДЛЯ АДАПТАЦИИ ИНВАЛИДОВ
К УПРАВЛЕНИЮ ПРОТЕЗАМИ
Во всем имеющемся разнообразии протезно-ортопедических изделий особое
место занимают биоэлектрические протезы. Системы управления подобными
протезами в качестве управляющих сигналов используют биопотенциалы,
возникающие на поверхности кожи при сокращении мышц.
Явление, позволяющее создавать подобные системы, заключается в
естественном соответствии механического эффекта мышцы (сила и скорость
сокращения) и параметров биоэлектрического сигнала (амплитуда,
интегральные показатели), полученного на поверхности кожи над
соответствующей мышцей. Это явление позволяет управлять протезом
наиболее физиологично и естественно, но, тем не менее, требует некоторой
особенной скоординированности сокращений управляющих мышц, несколько
отличной от естественной.
В большинстве современных систем управления в качестве
управляющих сигналов используется биоэлектрическая активность пары
мышц-антагонистов, отвечающих за воспроизводимое движение (сгибатель –
разгибатель, пронатор – супинатор), так как при этом управление наиболее
естественно и требует минимальной адаптации инвалида. Только в случае,
когда невозможно получить пригодный для управления сигнал с мышцы
(например, вследствие ее атрофии или отсутствия), используют те мышцы,
активность которых достаточна для управления протезом (например, вместо
разгибателя используют пронатор). При этом значительно возрастает психоэмоциональная нагрузка на инвалида, т.к. управление требует неестественного
сочетания активности мышц.
При использовании для управления мышц-антагонистов тоже возникают
некоторые трудности. Дело в том, что даже при естественных движениях
одновременно работают, как правило, несколько мышц. Благодаря этому
достигается высокая точность и скоординированность естественных движений
человека. Активность тех или иных мышц при выполнении одного и того же
движения у каждого человека различна, и при поверхностном отведении
биопотенциалов эта активность значительно искажает полезный сигнал с
управляющей мышцы. У инвалидов эта ситуация усугубляется тем, что
221
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
вследствие травмированности и атрофии мышц часто вообще нарушаются
естественные соотношения активности управляющих мышц. Так, у некоторых
инвалидов при попытке раскрытия кисти уровень электрической активности
сгибателя часто бывает сравним с уровнем активности разгибателя. Кроме
того, у многих инвалидов, вследствие усечения и атрофии мышц амплитуда
биоэлектрического сигнала недостаточна для управления протезом.
Подобные явления являются серьезным противопоказанием для
использования
биоэлектрических
протезов,
так
как
управление
биоэлектрическими протезами требует однозначности, когда одному виду
движения соответствует активность одной управляющей мышцы, а уровень
электрической активности управляющих мышц должен быть больше
определенного порога и иметь достаточный динамический диапазон.
Основным методом, устраняющим эти противопоказания, является
тренировка мышц инвалидов с применением биологической обратной связи.
Методика такой тренировки была впервые предложена и разработана в
ЦНИИП. Суть данной методики заключается в том, что инвалид наблюдает на
экране осциллографа за электрической активностью тренируемых мышц при
попытке воспроизвести определенное движение и учится управлять ею.
Отмечено, что для выработки навыка раздельного сокращения мышцантагонистов достаточно 3-5 тренировок по 20-30 минут. Данная методика
делает возможным управление более чем одним видом движения одной парой
мышц, а также управление двумя видами движения двумя парами мышц.
Однако, при бесспорной эффективности самой методики, ее техническая
реализация осталась несовершенной. Специального прибора предложено не
было, а использование осциллографов для визуализации биопотенциалов
очень неэффективно.
Фирма Motion Control (США) предлагает следующее решение. В
комплекте с протезом поставляется программное обеспечение, которое
позволяет настраивать параметры протеза (коэффициент усиления, режимы
работы), а так же проводить тренировку управляющих мышц. Эта же фирма
предлагает прибор MyoLab2, который разработан специально для врачейпротезистов для настройки и быстрого выявления неисправностей
биоэлектрического протеза Utah Arm 3. Прибор используется для определения
оптимального места отведения биоэлектрических сигналов, настройки
коэффициента усиления протеза и для тренировки инвалидов.
В нем реализованы два вида сигналов обратной связи – визуальный
(стрелочный вольтметр) и звуковой (динамик), что позволяет пациентам
видеть и слышать работу своих мышц, благодаря этому он позволяет
тренировать совместное или раздельное сокращение управляющих мышц. По
заявленным характеристикам при наложении электродов использование
специальных токопроводящих гелей или паст не требуется. Предусилитель
сигналов ЭМГ выполнен в отдельном корпусе и может использоваться
отдельно в любых других медицинских приборах. Он обеспечивает
222
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
качественное усиление, предварительную фильтрацию и подавление
синфазной помехи. Встроенные в корпус электроды могут отсоединяться.
Недостаток предложенного решения заключается в следующем.
Программное обеспечение, позволяющее проводить эффективные тренировки,
работает только в комплекте с протезом, стоимость которого велика. Прибор
MyoLab2 не предполагает соединения с ПК, а обеспечивает визуализацию
биопотенциалов с помощью стрелочного вольтметра, что не очень удобно для
тренировок. Кроме того, стоимость прибора велика.
Использование
миографов
для
тренировки
возможно,
но
нецелесообразно из-за их высокой стоимости и излишней функциональности.
Таким образом, становится очевидна необходимость создания
современных, недорогих и удобных технических средств, позволяющих
реализовать методику тренировки раздельной активности мышц на новом,
более высоком техническом уровне.
Создаваемый комплекс должен отвечать следующим общим
требованиям:
- многоканальность (до 8-10 каналов);
- качественное получение и обработка биоэлектрического сигнала;
- совместимость с ПК;
- удобный для пользователя (и пациента, и врача) интерфейс;
- качественная визуализация биоэлектрического сигнала;
- визуализация движений искусственной кисти;
- звуковое воспроизведение биоэлектрического сигнала;
- выбор различных режимов тренировок;
- хранение результатов тренировок, статистическая обработка;
- возможность электростимуляции тренируемых мышц;
- низкая стоимость;
- различные возможности для анализа ЭМГ;
- возможность настройки параметров протеза.
Функционально комплекс должен состоять из программной и
аппаратной части. Аппаратная часть включает в себя:
- усилитель биопотенциалов;
- аналоговый коммутатор;
- АЦП;
- интерфейс для сопряжения с ПК;
- электростимулятор.
Программная часть должна реализовывать:
- интерфейс для сопряжения с аппаратной частью;
- алгоритм цифровой обработки сигнала;
- удобный пользовательский интерфейс;
- качественную визуализацию биопотенциалов;
- возможность статистической обработки и анализа сигналов (в режиме
реального времени и по записанным выборкам);
223
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
- возможность настройки параметров протеза;
- ряд специальных возможностей (системы распознавания образов,
СУБД).
Применение подобного комплекса возможно как в домашних условиях,
так и на протезно-ортопдических предприятиях, что позволит значительно
упростить и ускорить процесс приобретения необходимых навыков работы с
биоэлектрическими протезами и, как следствие, ускорить социальную
адаптацию инвалида.
УДК 621.56/.59
А.А. МУХАМАДИЕВ
Уфимская государственная академия экономики и сервиса (г. Уфа)
S.V. SOLODOVNIKOVA
Bunker Hill Community College (Boston, Massachusetts, USA)
БЫТОВЫЕ ХОЛОДИЛЬНИКИ: СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ
На сегодняшний день номенклатура бытовой техники поражает своим
обилием и разнообразием. Каждая семья обзаводится различной бытовой
техникой, однако холодильник в этом списке занимает особое место.
Каждодневно необходимая потребность в бытовом холодильнике в жизни
каждой семьи вызывает соответствующую ситуацию на рынке в целом.
Последние три года рынок бытовой техники демонстрировал уверенный
рост за счет увеличения реальных доходов населения и развития
потребительского кредитования и прибавлял в среднем по 20 % ежегодно.
Опережающий рост объемов поставок холодильников и морозильников из-за
границы, в частности из Белоруссии, а также Украины и Республики Корея, по
сравнению с темпами роста их внутреннего производства, обусловил
увеличение доли импортной продукции в суммарном объеме потребления с
34,2 % в 2002 году до 41,72 % – в 2004. Впрочем, исследователи
подчеркивают, что и отечественное производство бытовых холодильников за
последние четыре года достигло высокого уровня. Так, в 2005 году выпуск
холодильных и морозильных агрегатов увеличился на 8,3 %, что составило
около 2,8 млн штук. Продолжился рост выпуска продукции (7,7 %) и в 2006
году по сравнению с 2005 годом. И это притом, что на территории России
действуют 10 заводов по производству холодильников, причем 80 % всей
продукции выпускают три из них ЗАО Завод холодильников СТИНОЛ (г.
Липецк), ОАО Красноярский завод холодильников Бирюса и ФГУП ПО Завод
им. Серго (Республика Татарстан).[1, 2]
Таким образом, происходит увеличение присутствия иностранных
производителей на рынке бытовых холодильников в России, что накладывает
определенные рамки на выпускаемую продукцию. Российские производители,
224
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
пытаясь составить конкуренцию, обращаются к дизайну и технологиям
иностранных компаний, теряя при этом новизну и оригинальность
потребительских характеристик. Для удержания своих позиций на рынке
бытовой техники компании-производители следуют характерным мировым
тенденциям в производстве холодильников.
Рассматривая направления развития производства бытовой холодильной
техники в странах Европы, России, США, Японии, Южной Кореи, Азии,
следует отметить следующие, характерные тенденции:
Улучшение удобств при пользовании и условий хранения продуктов,
уменьшение трудоемкости обслуживания. При этом значительно возросло
количество холодильников с камерами или отделениями «сухой» и «влажной
свежести» (biofresh), позволяющими продлить сроки хранения продуктов в
свежем, не замороженном состоянии (-2 °С...+2 °С). Намечается также
тенденция увеличения емкости зоны «свежести», или универсальной камеры, с
возможностями изменения в широких пределах температурных режимов
хранения продуктов. Такие модели ориентированы на потребителей,
предпочитающих свежие продукты замороженным. Вынесение приборов
управления из камер на наружную панель управления и внедрение цветовой
индикации о режимах работы.
Более широкое внедрение прозрачных материалов для сосудов, полок,
щитков, дверок и легкосъемных принадлежностей.
Во внешнем дизайне сохранение мягких скругленных форм углов у
дверей
(swing-design).
Интерьер
европейских
моделей
сохраняет
традиционные формы, а обновление идет за счет внедрения новых материалов.
Для изготовления прозрачных полок преимущественно используется тяжелое
небьющееся закаленное стекло, а в корейских аналогах предпочтение отдается
легким полимерным материалам.
Установка дезодораторов для устранения неприятных запахов,
включаемых автономной кнопкой на наружном пульте управления.
Оснащение морозильных камер аккумуляторами холода в виде лотковподносов для сохранения низких температур в морозильной камере при
неработающем компрессоре, стабилизации температурного режима при его
цикличной работе, а также для быстрого замораживания ягод и охлаждения
напитков. Компьютеризация управления, световая индикация о режимах
охлаждения и независимое регулирование температур в камерах.
Световая индикация о неплотно закрытой двери и неправильной
эксплуатации холодильника с дублированием звуковой сигнализацией.
Вертикальное расположение камер холодильников. Подавляющее
большинство европейских, российских, японских и корейских моделей имеют
вертикальное расположение камер. В европейских моделях морозильные
камеры объемом до 50 дм³, как правило, располагаются вверху, а свыше 80 дм³
– внизу со своим компрессором. Морозильные камеры объемом 50...80 дм³
225
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
имеют либо верхнее, либо нижнее расположение. Доля морозильной камеры в
общем объеме холодильника составляет от 7 до 35 %
Устройство в двухкамерных холодильниках двухиспарительной системы
охлаждения с самооттаивающим испарителем холодильной камеры и ручной
оттайкой испарителя морозильной камеры «Бирюса», «Атлант», «Stinol» и др.
Выпуск холодильников с системой охлаждения «No Frost» с
самооттаивающим испарителем холодильной камеры и принудительной
циркуляцией воздуха в морозильной камере с автоматической оттайкой ее
испарителя, а также выпуск холодильников с принудительной циркуляцией
воздуха в одной или обеих камерах (Safe Frost).
Слияние бытовых холодильников с архитектурно-строительной
оболочкой жилищного комплекса.
Применение электроконвективного теплообмена для испарителей,
конденсаторов и компрессоров.
Создание холодильников с бактерицидной обработкой пищевых
продуктов и охлаждаемой средой в холодильной камере.
Использование естественного холода в холодильниках.
Упрощение ремонта холодильников.
Среди инновационных решений в области проектирования и
производства бытовых холодильников можно отметить такие, как
использование линейного компрессора, применение электромагнитного
клапана, переход на электронную систему управления процессами. Все это
позволяет говорить о продолжении технического совершенствования
холодильной техники и дальнейшем его развитии.
Необходимо отметить, что мировые тенденции и инновации в области
бытовых холодильников присущи и российским производителям, что
позволяет уверенно говорить о завтрашнем дне российского бытового
холодильника.
Список литературы
1. http://www.holodilnik.info
2. http://www.raexpert.ru
226
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
УДК 621.314
С.В. ШАПИРО, В.А. ФЕДОСОВ, О.Э. БАСКУНОВ
Уфимская государственная академия экономики и сервиса (г. Уфа).
РАЗВИТИЕ МЕТОДОВ ДЕЗИНФЕКЦИИ В ПЧЕЛОВОДСТВЕ И
ДЕЗИНФЕКЦИЯ ОБЪЕКТОВ ПЧЕЛОВОДСТВА
ГАЗООБРАЗНЫМ ОЗОНОМ
В настоящее время известно большое количество инфекционных
заболеваний пчел, наносящих большие убытки пчеловодству. Лечение этих
болезней осложняется тем, что лечебные препараты воздействуют только на
вегетативные формы возбудителей болезней, находящихся в организме пчел и
личинок, не воздействуя на возбудителей и их споры, находящиеся во
внешней среде.
Одним из способов лечения и профилактики инфекционных заболеваний
является дезинфекция. Под дезинфекцией понимают уничтожение патогенной
микрофлоры во внешней среде. Различают дезинфекцию профилактическую и
вынужденную. Профилактическую дезинфекцию проводят периодически для
уничтожения появляющейся во внешней среде патогенной микрофлоры и
предупреждения появления заразных болезней пчел на пасеке. Вынужденную
дезинфекцию делают при появлении заразных болезней пчел на пасеках.
Объектами дезинфекции в пчеловодстве являются: ульи, соты, инвентарь, воск
(восковое сырье), оборудование, спецодежда пчеловодов, зимовники,
сотохранилища, пчеловодные домики, а также территория пасеки.
Для дезинфекции используют различные физические и химические
средства. К физическим средствам относятся кипячение, обжигание,
просушивание на солнце и др. К химическим средствам относятся различные
дезинфицирующие вещества, используемые в виде растворов, аэрозолей и
газообразном виде.
До 1966 г. единственным, регламентированным инструкцией по борьбе с
болезнями пчел от 1957 г. способом дезинфекции ульев было обеззараживание
их огнем паяльной лампы до легкого побурения. Однако практика показала,
что при обжигании ульев уничтожаются не все возбудители гнильцовых
болезней. При дезинфекции таким способом требуется большая затрата труда,
а при повторных дезинфекциях происходит обугливание стенок улья и его
преждевременный износ. Несовершенство этого способа обеззараживания
заключается и в том, что при повторной дезинфекции практически не удается
проконтролировать, до какой степени побурения проведено новое обжигание
[1].
Позже
во
Всесоюзном
научно-исследовательском
институте
ветеринарной санитарии были разработаны режимы и методы дезинфекции
ульев, рамок, сотов, инвентаря и спецодежды пчеловода растворами
дезинфицирующих средств. Режимы дезинфекции названных объектов вошли
227
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
в «Ветернарно-санитарные правила содержания пчел на пасеках», которые
утверждены Главным управлением ветеринарии МСХ СССР 23 апреля 1970 г.
Для дезинфекции ульев были предложены такие препараты, как растворы
перекиси водорода, щелочной раствор формальдегида, едкий натр,
каустифицированная содо-поташная смесь.
Из химических средств дезинфекции в настоящее время утверждена и
используется только перекись водорода.
В последнее время во многих областях (медицина, сельское хозяйство,
водоочистка, пищевое производство и др.) в качестве дезинфектанта
применяется озон.
Озон является абсолютно безвредным и безопасным, в отличие от
других дезинфектантов, при применении которых существует много
противопоказаний. Обработка избыточным количеством озона не влечет за
собой никаких нежелательных явлений.
Будучи самым сильным из известных окислителей, озон воздействует на
все микроорганизмы, разрушая мембрану и окисляя протоплазму. При этом
следует отметить, что для простых микроорганизмов губительные
концентрации озона на несколько порядков ниже, чем для более
высокоорганизованных. Кроме большой способности уничтожения бактерий
озон обладает высокой эффективностью в уничтожении спор, цист (плотные
оболочки, образующиеся вокруг одноклеточных организмов) и многих других
патогенных
микробов.
Исследования
механизма
озонирования
микроорганизмов показали, что действие его происходит при условии
поддержания нужной концентрации озона в течение определенного времени
[2]. Известны исследования Н.В. Блинова о губительном воздействии озона на
возбудителей аскосфероза пчел [3].
На основе проведенных исследований был разработан передвижной
комплекс дезинфекции суши, пчеловодного инвентаря. Структурная схема
комплекса представлена на рисунке 1. Исходным веществом для производства
озона является кислород воздуха. Основными функциональными элементами
комплекса являются:
1 - воздушный фильтр;
2 - центробежный компрессор;
3 - электродвигатель привода компрессора;
4- влагоотделитель;
5 - компрессионная холодильная машина для охлаждения воздуха;
6 - генератор озона;
7 - камера обработки озоном;
8 - устройство измерения концентрации озона.
Воздушный фильтр 1 необходим для очистки засасываемого воздуха от
механических примесей и пыли (пыль, содержащаяся в воздухе, осаждается во
всех элементах озонаторной установки и может быть причиной выхода ее из
строя). Далее очищенный воздух нагнетается центробежным компрессором.
228
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Расход воздуха составляет около 10÷15 м3/час. Избыточное давление,
создаваемое компрессором, 0,2 - 0,3 атм. После компрессора воздух проходит
через фильтр-осушитель 4, заполненный силикагелем, который задерживает
влагу, содержащуюся в воздухе. Охлаждение воздуха осуществляется
компрессорной холодильной машиной 5. После охлаждения воздух подается в
генератор озона 6. При переходе воздуха из подающей магистрали в генератор
озона (из трубки малого сечения в большой объем), происходит его
адиабатическое расширение, за счет чего, происходит его дополнительное
охлаждение.
Генерирование озона осуществляется путем подачи на электроды
высокочастотного – порядка 5000 Гц – напряжения, амплитуда которого
достигает величины 10-15 кВ. Под действием этого напряжение в газовой
камере вокруг высоковольтных электродов возникает бегущий барьерный
разряд [4], вызывающий химическую реакцию превращения двухатомных
молекул кислорода в трехатомные.
Эта реакция экзотермическая с выделением большого количества тепла.
Озоно-воздушная смесь на выходе генератора имеет температуру не более 3540 0С. При такой температуре время полураспада озона составляет 5-10 минут.
Это позволяет доставить почти весь генерируемый озон в контактную камеру
7 (рисунок 2), так как время передвижения озона от генератора 6 в эту камеру
– всего 1-2 секунды.
Производительность генератора порядка 25÷30 г/час. Таким образом,
концентрация озона в камере обработки – 2,5÷3 г/м3.
Камера представляет собой пластмассовый ящик с габаритами 1,5×1.
Авторами осуществлено опытное опробование работы установки при
дезинфекции объектов пчеловодства. Обработка зараженного пчеловодного
инвентаря производилась в течение 2,5 часов озоно-воздушной смесью. В
результате обработки было выявлено губительное действие озона на
возбудителей инфекционных болезней пчел: аскосфероза, нозематоза,
европейского гнильца.
Способ дезинфекции озоном отвечает всем современным требованиям
по экологии и безопасности проводимых работ, имеет высокую эффективность
обработки при малых трудозатратах. Что делает данный способ
перспективным для применения в пчеловодстве.
229
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. Структурная схема комплекса дезинфекции газообразным озоном:
1 – воздушный фильтр, 2 – центробежный компрессор, 3 – электродвигатель
компрессора, 4 – влагоотделитель, 5 – машина холодильная для охлаждения
воздуха, 6 – генератор озона, 7 – камера обработки, 8 – устройство измерения
концентрации озона
Список литературы
1. Смирнов А.М. Ветеринарно-санитаные мероприятия на пасеках и
воскозаводах / А.М. Смирнов. – М.: Колос, 1972.
2. Лунин В.В. Физическая химия озона / В.В. Лунин, М.П. Попович,
С.Н. Ткаченко. – М.: МГУ, 1998. – 480 с.
3. Блинов Н.В. Дезинфицирующие свойства озона / Н.В. Блинов //
Пчеловодство. – 2002. – № 3.
4. Шапиро С.В. Высокочастотный озонатор с бегущим барьерным разрядом /
С.В. Шапиро, А.Ш. Амирханов, А.Г. Саенко // Электромеханика,
электротехнические комплексы и системы: Межвузовский сборник. – Уфа:
УГАТУ, 2002. – 8 с.
УДК 338.48:004
А.В. ПЕТРОВА
Уфимская государственная академия экономики и сервиса (г. Уфа)
К ВОПРОСУ О ТРАНСФЕРЕ ТЕХНОЛОГИЙ В СФЕРУ ТУРИЗМА
В настоящее время индустрия туризма является одной из наиболее динамично
развивающихся отраслей мирового хозяйства. Для целого ряда стран и
регионов туризм служит источником значительных валютных поступлений,
способствует созданию дополнительных рабочих мест и обеспечению
занятости населения, расширению международных контактов.
230
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
По сравнению со значением туризма для развитых стран его важность
для национальной экономики России пока не столь велика. Это объясняется
отсутствием в нашей стране организованной на должном уровне индустрии
туризма как единой системы, способствующей деятельности на
международном туристском рынке, влияющей на формирование туристских
потоков и позволяющей осуществлять обслуживание на уровне мировых
стандартов. Современная отечественная индустрия туризма нуждается в
методах управления, которые дадут ей возможность выжить в конкурентной
борьбе на мировом туристском рынке.
Один из путей преодоления проблемы – использование современных
информационных технологий управления, связанных, например, с
применением персональных компьютеров и Интернета.
Индустрия туризма за последнее десятилетие подвергалась сильному
влиянию компьютерных технологий. Сегодня даже небольшие турфирмы
используют компьютеры для автоматизации как основных, так и
вспомогательных функций. Многие туристские агентства также имеют
собственные сайты или страницы в Интернете. Для современного туристского
бизнеса характерна очень высокая зависимость от наличия актуальной
постоянно обновляемой информации. Именно Интернет дал возможность
общения и передачи данных между участниками туристского рынка в режиме
реального времени.
Туристская индустрия идеально приспособлена для внедрения
компьютерных технологий. Для нее требуются системы, в кратчайшие сроки
предоставляющие сведения о доступности транспортных средств и
возможностях номерного фонда гостиниц, обеспечивающие быстрое
резервирование и внесение корректив, а также автоматизацию решения
вспомогательных задач при предоставлении туристских услуг: формирование
таких документов, как билеты, счета, путеводители, обеспечение справочной
информацией [1].
Крупнейший прорыв индустрии туризма, произошедший в середине
двадцатого века, осуществлен как раз благодаря появлению передовых
информационных технологий и каналов связи, каналов обмена информацией.
Именно в то время известный сегодня уже большинству турагентств канал
SITA дал первый толчок к всемирной интеграции баз данных и внутренних
систем бронирования. Появлявшиеся в те годы одна за другой глобальные
системы бронирования – Sabre, Gallileo, Amadeus – выросли на возможностях
SITA и вплоть до конца 90-х гг. ХХ века монопольно предлагали
турагентствам бронирование и доступ к базам данных поставщиков
туристических услуг во всем мире.
Многим может показаться неожиданным, что продолжающийся в
последние годы бум Интернет-торговли в первую очередь принес выгоду не
столько банкам и страховым компаниям, сколько туристическим фирмам.
Наиболее прибыльными оказываются те предприятия, которые выставляют на
231
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
продажу в сети Интернет все виды услуг, связанные с индустрией
путешествий.
Для стран Западной Европы и США подобное положение дел можно
считать уже традиционным – туристические услуги здесь уже несколько лет
подряд занимают первое место по объемам продаж в Интернете.
Еще в 1999 году на мировом рынке Интернет-торговли доминировали
продажи компьютеров и программного обеспечения. Но уже год спустя, по
данным исследования eMarketer, лидерство однозначно перешло к
туристическим услугам и прочно за ними закрепилось. В 2000 году
аналитическая компания ProCusWright оценила весь европейский онлайновый
туристический рынок в 2,9 миллиардов долларов. В 2002 году, несмотря на
спад в отрасли, оборот европейских компаний, продавших в онлайне
связанные с путешествиями услуги, превысил 12,4 миллиарда долларов.
Несмотря на прогнозы пессимистов, которые говорят, что виртуальный рынок
имеет весьма ограниченные ресурсы роста, эта цифра ежегодно продолжает
удваиваться. В 2006 году объем Интернет-торговли туруслугами в странах
Старого Света достиг 29 миллиардов долларов, что составило более 10 %
европейского туристического рынка в целом. Очевидно, что европейцы все
больше укрепляются в желании делать покупки туруслуг в Интернете [2].
Бум Интернет-торговли – не только европейское достижение. Он
происходит практически во всех развитых странах мира. В нашей стране
бурное развитие Интернет-деятельности туркомпаний пришлось на
послекризисный 1999 год. В 1998 году в Интернете насчитывалось всего около
сотни русскоязычных туристических сайтов, а к концу 1999 года их число
превысило 600. Уже к 2002 году в России свои виртуальные представительства
открыли свыше 1500 туркомпаний [3].
Сейчас в нашей стране сложилась благоприятная ситуация для
автоматизации туристской деятельности. Можно сказать, в России отмечается
бум IT-технологий. В отечественном гостиничном секторе именно
крупнейшим туроператорам принадлежит основная доля Интернетбронирования на профессиональном туристическом рынке. Мобильность в
платежах, возможность предоставления визовой поддержки, сервисные
представительства в России – вот основные преимущества крупнейших
гостиничных брокеров.
Препятствием к развитию систем онлайновых продаж в современной
России служит неразвитость электронных платежных систем, а также
механизмов оплаты по банковским чекам и кредитным картам. Кроме того, в
большинстве случаев клиенту все равно необходимо общение с живым
человеком для окончательного утверждения заказа тура. Этот фактор уже
относится к специфике туристического продукта.
Сегодня, когда аудитория пользователей Интернета в России
стремительно расширяется, все большее значение для туристских компаний
приобретают знания о возможностях продажи своих услуг в глобальной
232
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
компьютерной сети. Хотя в 2006 году общая посещаемость сайтов в категории
«Путешествия» составила менее 2 % от общего трафика во всемирной
паутине, многие специалисты считают, что будущее за продажей туристских
услуг через Интернет [4].
Список литературы
1. Чудновский А.Д. Информационные технологии управления в туризме /
А.Д. Чудновский, М.А. Жукова. – М.: КНОРУС, 2006. – 104 с.
2. Информационные системы оперативного управления туристской фирмой /
Под общ. ред. А.И. Сеселкина. М.: РИБ «Турист», 2002.
3. Чеховский Н. // Турбизнес. – 2006. – № 4
4. Аримов С. // Турбизнес. – 2006. – № 14
УДК 338.46.001.7 «2»
Е.А. БОЧКАРЕВА
Уфимская государственная академия экономики и сервиса (г. Уфа)
ПАРАДОКСЫ РАЗВИТИЯ СФЕРЫ УСЛУГ В ТРЕТЬЕМ ТЫСЯЧЕЛЕТИИ
В последние два десятилетия все большая часть материальных,
социальных и духовных потребностей удовлетворяется на основе потребления
не товаров, а услуг. В отраслях, предоставляющих обществу различные
услуги, занято все большее число работников. Так, в настоящее время в
развитых странах в данной сфере занято более 50 % трудовых ресурсов.
Все многообразие услуг в современной развитой экономике можно
представить в виде следующей структуры: транспорт, связь, оптовая и
розничная торговля, кредитно-финансовая сфера, страхование, операции с
недвижимостью, услуги производству и обращению, бытовые услуги, ремонт
и обслуживание автотранспорта, культурно-рекреационная деятельность, а
также услуги социального профиля – образование, здравоохранение,
социальные услуги отдельным категориям населения. Несмотря на то, что
темпы развития всех видов услуг достаточно стабильны, имеются четко
выраженные отраслевые различия. Так, практически во всех развитых странах
по темпам роста лидирует комплекс деловых услуг. В услугах социальнокультурного профиля лидируют социальные услуги тем категориям населения,
которые нуждаются в помощи и поддержке со стороны государства и
общества – инвалидам, престарелым, детям, оставшимся без попечения
родителей, матерям-одиночкам. Общемировой тенденцией является
возрастание роли государства в финансировании и в организации
предоставления медицинской помощи населению. Прослеживается довольно
четкая закономерность: с ростом ВВП в расчете на душу населения
233
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
увеличивается доля совокупных расходов на здравоохранение в ВВП, и растет
доля государства в этих расходах. Повышение жизненного уровня населения и
расширение государственных программ медицинского обслуживания
стимулируют развитие сферы здравоохранения. Устойчивые темпы
характерны и для сферы образования. В последние десятилетия расходы на
образование в мире стабильно растут. В первую очередь это связано с тем, что
с 50-х гг. XX в. в развитых странах, а затем и в большинстве развивающихся,
стал расти высокими темпами спрос на высшее образование. В группу
быстрорастущих отраслей входят также различные виды обслуживания
свободного времени населения, его культурных и социальных запросов:
туризм, кинопроизводство, видео- и аудиобизнес.
Целый ряд услуг – общественное питание, ремонт бытовой техники,
одежды, обуви, прачечные и химчистка – развиваются сравнительно низкими
темпами. Насыщение рынка товарами, в том числе импортными,
заменяющими услуги (обувью, одеждой, предметами ухода за внешностью и
т.п.), снижает спрос на ремонтные услуги, услуги парикмахерских и т.д.; насыщение рынка сложной бытовой техникой снижает спрос на услуги прачечных,
химчисток и т.д.; расширение торговли уцененными товарами позволяет
сократить спрос на услуги прокатных. Понятие «услуги» уже не ассоциируется
с довольно узким кругом низкопрестижных услуг, в основном бытовых. Облик
этой сферы определяет группа наукоемких отраслей – телекоммуникации,
кредитно-финансовые и страховые услуги, деловые услуги научного
содержания, сферы образования, здравоохранения, культуры. И в настоящее
время многоплановое воздействие на услуги оказывает современная научнотехническая революция, которая с одной стороны ведет к гигантскому
повышению производительности труда, а с другой – к беспрецедентному
сокращению занятости. По расчетам Международной федерации рабочихметаллистов, при сохранении нынешней тенденции через 30 лет в мире
останется не более 2 % от нынешней численности занятых, которые смогут
полностью обеспечить все потребности материального производства во всех
странах. В результате во всем мире уже сейчас заметно растет уровень
постоянно существующей безработицы. Во Франции безработица достигла
11,5 %, в Великобритании – 10,4 %, в Италии – 11,1 %, в Бельгии – 11 %, в
Дании – 11,3 %, в Ирландии – 17,5 %, а в Испании ее постоянный уровень
приблизился к 20 %. Создаваемое техническим прогрессом некоторое число
новых рабочих мест, неизмеримо меньше того количества, которое
ликвидируется. До недавнего времени рабочие места, потерянные в
материальном производстве, компенсировались ростом занятости в сфере
услуг. Однако теперь это не совсем так. Несмотря на то, что около 80 % всех
капиталовложений приходится именно на сферу услуг, и здесь происходит
рост технической оснащенности многих операций. Примечательно, что
технологический процесс начинается сказываться на таких отраслях
социальной сферы, как образование и искусство. Так, в области образования
234
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
152 тыс. американских библиотекарей все больше испытывают тревогу за
сохранение своих рабочих мест в результате внедрения специальных
автоматизированных электронных систем. Новые технологии – использование
цифровых преобразователей (дегитализация) создают ощутимую угрозу для
актеров. С помощью этих технологий продюсеры кино- и телефильмов могут
на основе использования кинокадров из архивов создавать новые фильмы с
участием кинозвезд прошлого, в том числе уже ушедших из жизни. Спрос на
живых актеров может упасть, ведь покойные звезды обойдутся для
продюсеров неизмеримо дешевле.
Для того чтобы избежать глобального социального конфликта,
необходимо выгоды, полученные в результате внедрения новых технологий,
сберегающих труд и время, поделить с миллионами рабочих. Это может быть
сделано, путем сокращения продолжительности рабочей недели при
сохранении уровня оплаты труда. Вторым шагом должен стать переход к
«социальной экономике», которая может привлечь значительную часть
освобождающейся рабочей силы. Развитие этого сектора возьмет на себя
решение таких масштабных задач, как реконструкция инфраструктуры,
ликвидация последствий экологических бедствий в результате природных и
промышленных катастроф.
Россия достаточно сильно отстает по научно-техническому уровню и
качеству услуг. Проблема повышения эффективности общественного
производства и воспроизводства высококвалифицированных кадров, как
никогда остро встала при переходе мировой экономики к постиндустриальным
основам. Неизбежная вовлеченность нашей страны в международное
разделение труда в условиях всеобщей глобализации стала приобретать резко
деформированные формы, толкая ее на путь сырьевого придатка
индустриально развитых государств. Причин этому много. Достаточно назвать
такую,
как
транзитивность,
которая
порождает
экономическую
нестабильность, отток специалистов высокой квалификации в другие страны,
неадекватное распределение бюджетных средств, принцип остаточного
финансирования социальной сферы, резкое падение уровня жизни.
Необходимо как можно быстрее преодолеть это катастрофическое отставание,
потому что, с одной стороны, мы выключены из процесса роста
производительности труда и технологической революции, а, с другой, мы уже
встречаемся с негативными последствиями этого технологического прогресса.
Для того чтобы не превратиться в «рынок сброса излишков» товаров,
производимыми глобальными корпорациями, следует реально задействовать
наш ВПК и все еще достаточно мощный научный потенциал и включиться в
процесс глобальной технической революции, опираясь главным образом на
внутренние ресурсы.
235
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
УДК 338.46.002.5
Н.Г. ФОНОВА, В.В. БУКИС
Уральский государственный технический университет, УГТУ-УПИ,
Институт физической культуры, социального сервиса и туризма
(г. Екатеринбург)
ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО ИНЖИНИРИГА ДЛЯ
ФОРМИРОВАНИЯ УЧЕБНЫХ ПРОГРАММ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ ПО
НАПРАВЛЕНИЮ «МЕНЕДЖМЕНТ СОЦИАЛЬНО-КУЛЬТУРНОЙ СФЕРЫ»
Современное высшее образование требует разработки принципиально
новых
стандартов
образования,
обеспечивающих
универсальность,
фундаментальность образования и его практическую направленность.
Поскольку сегодня перед системой высшего образования встают задачи,
связанные не только с удовлетворением текущих потребностей экономики
страны в квалифицированных кадрах, но и с интеграцией Российской
Федерации в мировое образовательное пространство, введение уровней
бакалавриата и магистратуры позволит значительно расширить экспорт
образовательных услуг.
В настоящее время формально различные типы учреждений начального
и среднего профессионального образования (техникумы, колледжи,
профессиональные лицеи, профессиональные училища) реализуют зачастую
одинаковый набор образовательных программ. Таким образом, происходит
размывание структуры профессионального образования. Вместе с тем, из-за
утраты тесной связи с предприятиями и организациями и старения
материально-технической базы самих учреждений, они зачастую не способны
обеспечить подготовку кадров необходимой квалификации. В связи с этим,
необходима реструктуризация системы начального и среднего образования.
Также необходимо провести модернизацию системы переподготовки и
повышения квалификации преподавателей.
Необходимо создать механизмы преодоления постоянного отставания
системы образования от тех знаний и технологий, на которых строится
современное общество.
Таким образом, для повышения качества профессионального
образования необходимо:
 установить уровни высшего образования (бакалавриат-магистратурадокторантура);
 реструктурировать систему начального, среднего и высшего
образования;
 создать
условия
для
инновационного
развития
системы
профессионального образования.
В ходе проекта Темпус «Разработка концепции многоуровневой
подготовки специалистов для туристического, ресторанного и гостиничного
236
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
бизнеса» был разработан новый учебный план по направлению «Менеджмент
социально-культурного сервиса и туризма». Стандартный учебный план
содержит лишь 30 % от общего количества часов на дисциплины
специальности. Много времени уделяется для повторения школьной
программы. Основное количество аудиторных часов рассеивается на общие
дисциплины. Практика на предприятиях начинается лишь с третьего курса
обучения и длится две недели, на четвертом курсе она составляет четыре
недели и лишь на пятом курсе ее продолжительность достигает двух месяцев.
По истечению пяти лет обучения, студент, успешно сдавший государственные
экзамены и защитивший квалификационную работу, получает диплом
специалиста и выходит на рынок труда.
На основании приказа № 215 от 29.07.2005 «Об инновационной
деятельности высших учебных заведений по переходу на систему зачетных
единиц» Министерства образования Российской Федерации. Высшие учебные
заведения, при составлении новых учебных планов, в соответствии с
«Болонским процессом», имеют право изменять до 50 % часов федерального
компонента. Преподаватели кафедры «Социально-культурный сервис и
туризм» разработали новый учебный план, в котором были заложены анализ
анкетирования, анализ рынка туризма, предпочтения и предложения
профессионалов. План разработан для бакалавриата и магистратуры. Новый
учебный план состоит из шести лет обучения, что тут же его отличает от
прошлого, который состоял из пяти лет. В первый год обучения студенты
углубленно повторяют школьную программу, кредиты в этом году не
начисляются. За первый и второй годы обучения студенты проходят все общие
дисциплины, начиная со второго года, вводятся дисциплины специальности и
начинают начисляться кредиты. Для качественного улучшения образования
структура учебного плана составлена таким образом, что с каждым годом
дисциплин специальности становится больше и к четвертому году обучения,
после
успешной
сдачи
государственных
экзаменов
и
защиты
квалификационной работы студент выходит на рынок труда с дипломом
бакалавра либо продолжает обучение в магистратуре. На уровне магистратуры
увеличивается количество дисциплин, связанных с управлением и
стратегическими решениями. Наиболее важная особенность нового учебного
плана состоит в том, что практика на предприятиях начинается с первого года
обучения. Студент начинает изучать профессию с самого нижнего звена и с
каждым годом, на протяжении шести лет обучения, он поднимается выше, где
на шестом курсе может участвовать в принятии решений относительно
политики компании либо стратегического развития. После успешной сдачи
государственных экзаменов и защиты квалификационной работы студент
выходит на рынок труда с дипломом магистра либо продолжает обучение в
докторантуре.
237
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
По утверждениям профессионалов, новый учебный план отвечает
современным
требованиям
рынка
и
позволяет
обучать
высококвалифицированный персонал.
Студент, закончивший обучение по новому учебному плану, должен
овладеть следующими знаниями, навыками и умениями: антикризисное
управление; маркетинг международного класса; два иностранных языка,
деловой язык, психология, менеджмент человеческих ресурсов, контроль
работы всех подразделений, планирование продаж, стратегическое
планирование,
знание
стран,
знание
политической
обстановки,
административные знания, юридические знания, экономические знания,
менеджмент организаций, маркетинг, информационные технологии.
Студент, успешно закончивший обучение по специальности
«Менеджмент в сфере туризма», может претендовать на управляющие
должности в туристическом бизнесе и гостиничном хозяйстве, такие как
менеджер отдела, руководитель гостиничной службы, менеджер по созданию
туристического продукта и директор отеля.
По новой учебной программе образовательный процесс состоит из
шести лет обучения, которые делятся на семестры. Каждые полгода, в зимнюю
и летнюю сессию, студенты сдают зачеты и экзамены. Успешная сдача сессии
позволяет перейти к следующему этапу обучения. Обучение проводится в
аудиторных часах, которые в свою очередь делятся на лекции, практические и
самостоятельные занятия с обязательным проведением контрольных
мероприятий в виде тестов, контрольных и лабораторных работ. Начиная со
второго курса, студенты занимаются исследовательской деятельностью в виде
курсовых работ. Каждое лето после успешной сдачи сессии, студенты
проходят практику на предприятии в Российской Федерации либо
отправляются на стажировку за границу. По завершению четвертого года
обучения, после успешной сдачи государственных экзаменов и защиты
квалификационной работы студент выходит на рынок труда с дипломом
бакалавра, либо может продолжить обучение в магистратуре. После успешной
сдачи государственных экзаменов и защиты квалификационной работы на
шестом курсе, студент выходит на рынок труда с дипломом магистра либо
продолжает обучение в докторантуре. В соответствии с «Болонским
процессом» после каждого семестра студенту, успешно сдавшему экзамены и
зачеты, начисляются кредиты.
Для поступления на специальность «Менеджмент в сфере туризма»,
абитуриент должен иметь полное среднее образование, либо законченное
образование колледжа или лицея. Принимаются на учебу граждане,
обладающие высшим образованием. Для того чтобы поступить на
специальность «Менеджмент в туристической сфере», абитуриент должен
сдать три экзамена в виде компьютерного теста по дисциплинам: литература,
иностранный язык, история отечества. Абитуриенты, сдавшие все экзамены и
набравшие проходной бал, зачисляются на очную форму обучения.
238
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
УДК 338.48
М.Ю. ТИМОФЕЕВА
Уфимская государственная академия экономики и сервиса (г. Уфа)
ДОСУГ В КОНТЕКСТЕ ЧЕЛОВЕЧЕСКОЙ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ
И КУЛЬТУРЫ
Использование в повседневном обиходе слова «досуг» представляет
собой в смысловом плане своеобразный коктейль из понятий: «отдых»,
«развлечения», «рекреация», «игровые занятия», «хобби», «спортивнооздоровительные увлечения», «туризм» и т.д. Все это в реальной структуре
досугового времени действительно присутствует. Однако бытовое толкование
в силу своей зыбкости и недостаточной определенности явно не подходит для
научного и учебного использования.
К сожалению, в подходах к вычленению и пониманию досуга как
такового, нет до сих пор полного единства и в нашей специальной литературе.
Сегодня в наших энциклопедиях и справочных чаще всего досуг и свободное
время уравниваются между собой.
Наиболее приемлемым из встречающихся в современных научных
публикациях определений досуга является определение его, как части
внерабочего времени (в границах суток, недели, года), остающейся у человека
(группы, общества) за вычетом разного рода непреложных, необходимых
затрат.
В предельно концентрированном виде задачи, назначение и роль досуга
находят выражение в его трех основных социокультурных функциях. Первая
из них – рекреация, включающая в себя регенерацию как восстановление
растраченных физических сил и релаксацию, направленную главным образом
на снятие психического утомления. Вторая функция досуга – развлечение,
понимаемое как особый род досуговых занятий, призванных дать человеку
возможность повеселиться, прилично провести время, поднять настроение,
снять накопившееся психическое напряжение, получить требующуюся
эмоциональную подзарядку. Сущность третьей функции – правомерно
эксплицировать через ключевое понятие развитие: в сфере досуга люди не
только отдыхают и развлекаются, но и совершенствуют себя в культурном
отношении [1].
К основным характеристикам досуга следует отнести: свободу от
обязанностей (все необходимое уже выполнено и можно делать только то, что
хочется); возможность выбора (поскольку мы свободны и наше поведение
управляется изнутри, мы приобретаем великое право самостоятельно выбирать
род и вид занятия); неутилитарность досуговой деятельности (она
самодостаточна и обладает процессуальной ценностью); гедонистичность
досугового поведения (личности находятся в поисках радости, довольствия,
наслаждения); компенсационность (возвышающая активность направлена на
239
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
возмещение того, что люди недополучают в других сферах своей
жизнедеятельности).
Досуг имеет свой объем (величину), свою структуру и свое содержание.
Объем его всецело зависит от величины других компонентов общего
временного бюджета личности и, прежде всего, от рабочего и той части
внерабочего времени, которые относятся к непреложным затратам (сон,
бытовые надобности, уход за детьми и т.д.). Соответственно, здесь есть два
основных способа увеличить досуг – сокращение рабочего времени и
совершенствование служб быта, транспорта, системы расселения и иных
факторов, способных уменьшить удельный вес непреложных затрат времени
[2].
Под структурой досуга понимается построение, взаиморасположение и
связь его основных частей. К последним правомерно отнести, прежде всего,
потребление культурных ценностей (чтение, слушание, телесмотрение,
посещение всевозможных культурно-досуговых центров), самообразование,
культурно-творческие занятия, любительские занятия – хобби, физкультурнооздоровительные занятия, игровую деятельность, досуговое общение,
пассивный отдых (ничегонеделание) и, наконец, те затраты времени, которые
совпадают с явлениями антикультуры.
В контексте общей характеристики досуг можно квалифицировать как
время, деятельность и состояние. В первом случае имеется в виду
рассмотрение досуга в качестве определения временного отрезка, входящего в
состав общего бюджета времени человека наряду с работой и бытовыми
занятиями. Представление досуга как времени характеризует его с точки
зрения продолжительности, длительности.
В основу рассмотрения досуга в качестве деятельности положена
категория предметно-духовной деятельности, разнообразными видами
которой заполняется досуговое время. Речь идет о совокупности занятий,
воплощающих в себе систему взаимодействия человека с объектами
окружающего мира, в число которых входят материальные предметы,
информация, формы общественного сознания, знаковые системы, другие люди
и т.д.
Характеристика досуга, как состояние человека в данный отрезок
времени, базируется на квалификации физического и психического
самочувствия, расположения духа, настроения. Применительно к досуговым
знаниям – это практически всегда фиксируемый сознанием личности уровень
ее психологического комфорта, степень ощущения удовольствия,
наслаждения. Вполне понятно, что возникающие переживания могут иметь
неодинаковый характер, но, как правило, они развиваются в позитивном,
мажорном ключе.
В научной и популярной литературе встречаются достаточно много
разнообразных типологий современного досуга. Выделим наиболее значимые
из них в плане предпринимаемого нами культурологического анализа
240
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
свободного времени. К ним можно отнести деление досуга на деятельный и
бездеятельный; рекреационный и развивающий; ежедневный, еженедельный,
праздничный, отпускной; домашний и внедомашний; индивидуально
организованный и коллективно-организационный. Вполне естественно, что
здесь правомерны и другие, в том числе и дополнительные, элементы
классификации и признаки классифицирования.
В создавшихся на современном этапе условиях особенно возрастает роль
социально-культурной деятельности, объективно предназначенной для
целенаправленного
регулирования
сферы
свободного
времени,
цивилизационный
потенциал
которого,
как
показывает
история,
исключительно велик.
Список литературы
1. Максютин Н.Ф. Очерки истории досуга / Н.Ф. Максютин. – 2-е стер. изд. –
Казань: Медицина, 2003. – 128 с.
2. Комисаренко С.С. Культурные традиции русского общества / С.С. Комисаренко.
– СПб.: СПбГУП, 2003. – 304 с.
УДК 001.895
Д.М. УРАКСЕЕВА
Уфимская государственная академия экономики и сервиса (г. Уфа)
УПРАВЛЕНИЕ ИННОВАЦИЯМИ И ТРАСФЕРОМ ТЕХНОЛОГИЙ ЧЕРЕЗ
КОНСОЛИДАЦИЮ УНИВЕРСИТЕТОВ
Совместные европейские проекты Евросоюза по программе «ТЕМПУС –
ТАСИС» предполагают совместное участие университетов Евросоюза и
Российской Федерации.
Уфимская государственная академия экономики и сервиса выиграла по
отбору 2005 – TASIS проект « UM JEP – 26108 – 2005 Network for universities
and enterprises cooperation (NEUC)» на 2006 г. Размер гранта составляет 284416
евро. Длительность – 2 года. Софинансирование – 14969 евро.
Грантовладельцем является господин Торои Илкка – начальник
международного отдела университета Савония Политехник (г. Куопио,
Финляндия). Координатором проекта является проректор по инновациям и
информатизации Астраханского государственного университета профессор,
доктор технических наук Петрова И.Ю.
Участниками проекта выступают от Евросоюза университеты КНК (г. Гел,
Бельгия) и Савония (г. Куопио, Финляндия) и от Российской Федерации
университеты – Волгоградский государственный технический, Астраханский
государственный, Дагестанский государственный (г. Махачкала) и Уфимская
241
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
государственная академия экономики и сервиса. Менеджер проекта от УГАЭС –
заведующий кафедрой «Машины, аппараты, приборы и технологии сервиса»,
доктор технических наук, профессор Ураксеев М.А.
Проект ставит целью создать сеть университетов для сотрудничества с
предприятиями как Российской Федерации, так и Евросоюза.
С этой целью команда молодых исполнителей проекта от университетов
России в феврале 2007 г. провела двухнедельное обучение в университетах
Евросоюза – г. Гел (университет КНК) и г. Куопио (университет Савония).
Во второй половине марта 2007 г. менеджеры проекта и руководители
(проректора) российских университетов в течение двух недель находились в
университетах КНК (Бельгия) и Савония (Финляндия).
Интересным было то, что Европа переняла от Советского Союза все то,
что было достоянием СССР в области образования: бесплатное образование
(даже для иностранцев), тесные связи с предприятиями, выполнение курсовых
и дипломных проектов по заданиям фирм, полную ответственность
государства в лице правительства за финансирование университетов,
оснащение их первоклассной техникой, создание условий для работы и
достойную зарплату.
Интересным для нас было посещение ярмарки вакансий в университете
КНК в Бельгии, когда в один из дней в огромном фойе университета
различные фирмы Бельгии из Брюсселя, Гела, Антверпена, Брюгге и других
городов рекламировали студентам свои фирмы яркими красочными
проспектами, стендами и другими демонстрационными материалами. Цель
ярмарки – привлечение студентов на свои фирмы с целью набора в будущем в
их лице своих штатных сотрудников.
Фирмы поощряют студентов, выполнивших курсовые проекты по их
тематике, оплачивая по 2000 евро за проект.
Помимо совещания и обучения исполнителей проекта в Евросоюзе
предусмотрено проведение семинаров с участием менеджеров, исполнителей и
представителей администраций университетов Евросоюза и России в городах
Российской федерации. В августе 2006 г. такой семинар состоялся в
Астрахани, в марте 2007 г. – в Волгограде, в июне 2007 г. – в Астрахани, в
ноябре 2007 г. – в Уфимской государственной академии экономики и сервиса,
а в марте – апреле 2008 г. такая встреча ожидается в ДагГУ (г. Махачкала).
Благодаря этим семинарам, и в частности семинару, проведенному в УГАЭС,
состоялись встречи с замминистра Министерства инновационной политики
РБ, что поможет участникам проекта эффективнее наладить связь с
предприятиями Башкортостана в вопросах анкетирования их по выявлению
проблем и нужд в инновационных разработках университетов, а также
налаживания контактов в подготовке специалистов университетами.
Помимо этого проекта консорциум университетов выиграл по итогам
отбора 2006 – TASIS новый проект «Сеть центров обучения управлению
242
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
инновационными проектами» по разделу «Учебные курсы в поддержку
институционального строительства».
Размер гранта – 299060 евро, длительность – 2 года. Грантовладельцем
выступает начальник международного отдела университета КНК (Бельгия)
Карел Деконик. Координатор проекта – профессор Петрова И. Ю. (АГУ).
Новым является то, что вместо университета Савония (Финляндия)
участником проекта будет университет г. Генуя (Италия). Менеджером
проекта является доктор технических наук, профессор Ураксеев М.А. Целью
проекта будет создание центров обучения инновациям в российских
университетах.
УДК 514.7
Р.Р. САФИН
Уфимская государственная академия экономики и сервиса (г. Уфа)
Р.З. ГИЛЬМУТДИНОВ
Институт коммерции и права (г. Уфа)
О МОДЕЛИРОВАНИИ ПОВЕРХНОСТЕЙ
Форма поверхностей и их моделирование имеет большое прикладное
значение в архитектуре, строительстве и вообще в дизайнерской деятельности.
Кроме того, моделирование поверхностей является крайне необходимым в
туризме и таких экстремальных видах спорта, как горные лыжи, фристайл,
прыжки с трамплина, кросс, лыжные гонки и т.д., так как их категория
сложности связана именно с видами поверхностей. В туризме при создании
различных аттракционов, таких как аквапарки и другие центры развлечений,
также необходимо моделировать кривые и поверхности.
В данной статье приводится математический способ моделирования
поверхностей, который носит достаточно универсальный и конструктивный
прикладной характер.
Классы поверхностей с образующими и направляющими кривыми,
получаемые здесь методом суперпозиции их уравнений, обобщают, в
частности, известные классы цилиндрических поверхностей, поверхностей
вращения и др. (в том числе изучаемые поверхности второго порядка).
Напомним
вначале
определения
поверхности
вращения
и
цилиндрической поверхности. Цилиндрической поверхностью в геометрии
называют поверхность, образованную движением прямой (образующей),
которая перемещается в пространстве, сохраняя постоянное направление и
пересекая постоянно некоторую неподвижную кривую (направляющую), не
лежащую в плоскости, параллельной образующей. Например, уравнение
любой кривой на плоскости XOY в пространстве определяет цилиндрическую
243
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
поверхность с образующей – прямой, параллельной оси OZ . Так, уравнением
эллипса на плоскости XOY является уравнение:
x2
a2

y2
b2
 1,
которое в пространстве уже определяет цилиндрическую поверхность, точнее
эллиптический цилиндр с образующей – прямой, параллельной оси OZ .
Поверхностью вращения называется поверхность, образованная
вращением некоторой плоскости кривой (образующей) вокруг оси, лежащей в
ее плоскости. В качестве направляющей можно считать любую окружность,
которую описывает некоторая точка образующей. Приведем метод
образования таких поверхностей.
Пусть OZ – ось вращения, образующая задана на плоскости YOZ
уравнением f  y, z   0 . В пространстве каждая точка образующей имеет
координаты P0, ,  : f ,   0 . При вращении точки P0, ,  вокруг оси OZ
каждая точка P окружности имеет координаты Px, y, z ; x2  y2   2 , z  Z ,
откуда
f  x 2  y 2 , z   0 .


Это
уравнение поверхности
вращения,
если
уравнение образующей задано в виде f  y, z   0 . Возникает вопрос: если точка
P0, y, z  образующей f  y, z   0 будет двигаться по кривой, заданной
некоторым уравнением x, y   0 (например, по эллипсу, гиперболе и т.д.), то
возможно ли записать аналитически уравнение такой поверхности? Вопрос
можно сформулировать и по другому: если образующую f  y, z   0 «вращать»
вокруг оси OZ переменным радиусом R  Rx, y  , то как запишется уравнение
полученной поверхности? Далее покажем, что если в качестве радиуса взять
функционал Минковского R   x, y  , можно сформулировать некоторое
правило образования таких поверхностей.
Приведем несколько определений.
Определение 1. Область называется замкнутой, если она кроме
внутренних точек содержит все точки границы.
Открытую область будем обозначать D , а замкнутую область через D .
Определение 2. Область называется звездной, если она вместе с точкой
содержит и весь отрезок, соединяющий эту точку с началом координат, т.е.
если ( x, y)  D , то (x, y)  D , где 0    1 .
Определение 3. Для каждой точки плоскости ( x, y ) функционал
Минковского  D ( x, y ) относительно звездной замкнутой области D определим
 D ( x, y )  min  : ( x, y )  D,   0,
следующим
образом:
где
D  {( x, y ) : ( x, y )  D} .
Видно, что преобразование D – это «  – расширение» области D
относительно начала координат (фактически – расширение при   1, и сжатие
при 0    1 ). Иначе говоря, области D – это подобные фигуры с
244
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
коэффициентами подобия  . А функционал Минковского точки ( x, y ) – это
число (коэффициент подобия)  , во сколько раз следует «расширить» область
D , чтобы точка ( x, y ) попала на границу области D . Для краткости будем
обозначать  ( x, y ) или  вместо  D ( x, y ) .
Отметим необходимые в дальнейшем свойства.
10. Функция    ( x, y) является непрерывной по ( x, y ) .
20.
Функция
обладает
свойством
однородности:
   ( x, y)
к   ( x, y)   (кx, кy) .
30. Открытую область D, границу D и замкнутую область D можно
задать следующим образом:
D  ( x, y) :  ( x, y)  1, D  ( x, y) :  ( x, y)  1,
D  ( x, y) :  ( x, y)  1
.
Обобщая можно считать, что область D – это «единичный круг»
переменного радиуса  ( x, y)  1.
Приведем один практический способ вычисления  ( x, y). . Пусть точки
~x , ~y  границы D описываются уравнением Ф( ~x , ~y )  0 . Тогда для любой точки
~
x, ~
y )  D , что x  ~
x, y  ~
y .
M ( x, y)  R2 существует единственная точка  ( ~
 x y
Это означает, что  – корень уравнения Ф ,   0 .
 
В данном случае возможность нахождения  ( x, y ) зависит от
разрешимости полученного уравнения. Приведем примеры.
Пример 1. Пусть D  (~x , ~y ) : ~x  ~y  1, тогда Ф(~x , ~y )  ~x  ~y  1  0 , тогда
для любой точки ( x, y)  R2 существует  , что x  ~x  , y  ~y  , откуда
x


y

 1  0,   x  y .

Пример 2. Пусть ( x, y)  D, D  ( ~x , ~y ) :

x2
y2
x2 y2
.


1
,



 2 a 2  2b 2
a2 b2

~

x2 ~
y2
x, y  ~
y и

 1 , тогда x  ~
2
2
a
b


Пример 3. Пусть D  ( ~x , ~y ) : ~x 2  ~y  1 , тогда для
y
x2
( x, y)  R2 , x   ~
x, y   ~
y,

 1,  2   y  x 2  0,
2


y  y 2  4 x2
2
.
Теперь покажем, как можно образовывать поверхности методом
суперпозиций. Пусть заданы непрерывные кривые – направляющая L1 и
образующая L2 – в следующем виде:
L1    x1 , x 2   D :   x1 , x 2   1, L2   x3 , x 4   R 2 :   x3 , x 4   0 ,
245
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
где D – некоторая односвязная область,  x1, x2    D x1, x2  . Произведем
в уравнении  ( х3 , х4 )  0 замену: вместо переменной х4 подставляем
функционал в виде x2  ( x1, x2 ) , где x2  R :  (0, x2 )  1 . Тогда каждой точке
( x3 , x4 ) :  ( x3 , x4 )  0 будет соответствовать непрерывная линия:


L  ( x1, x2 , x3 )  R3 : x3  x3, x2  ( x1, x2 )  x4 ,
причем ее плоскость перпендикулярна оси Оx 3 . Таким образом, методом
суперпозиции функций
(зависимость непрерывной функции
непрерывной функции  ) получена непрерывная поверхность:


от

L  ( x1, x2 , x3 )  R3 :  ( x3, x2  ( x1, x2 ))  0 .
Особенность образования этой поверхности в том, что каждая точка
( x3 , x4 ) кривой  ( x3 , x4 )  0 «вращается» вокруг оси Ox 3 по кривой, подобной
 ( x1, x2 )  1 относительно начала координат. Так, например, изучаемые в курсе
математики поверхности: эллипсоид, однополостный и двуполостные
гиперболоиды и т.д. получаются, когда образующей и направляющей кривыми
являются эллипс, гипербола, парабола или прямая.
Пусть, например, необходимо смоделировать поверхность, которая, вопервых, в сечении с любой вертикальной плоскостью имеет форму следующей
кривой:
10
f( x)
5
1
2.5
4
x
и, во-вторых, в сечении с любой горизонтальной плоскостью имеет форму
дуги эллипса. На данном рисунке приведен график функции
f ( x)  0,3( x  2)5  ( x  2)3  1,5 х  2 .
x2 y2
Эллипс описывается уравнением: 2  2  1 . Функционал Минковского
a
b
x2 y2


для эллипса (см. пример 2) равен
, и моделируемая
a2 b2
поверхность тогда будет описываться уравнением:
 x2 y 2 
z  f b 2  2  .
 a
b 

246
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таким образом, можно смоделировать поверхности с заданным уровнем
сложности. Причем даже сложные поверхности достаточно просто
моделируются указанным способом при помощи известных элементарных
функций.
УДК 681.586
М.А. УРАКСЕЕВ, Т.М. ЛЕВИНА
Уфимская государственная академия экономики и сервиса (г. Уфа)
МАГНИТООПТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ И
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ НА ИХ ОСНОВЕ
Уникальные открытия в области магнитооптики и волоконной оптики в
последние десятилетия привлекали к этой области физики всеобщее внимание.
Это связано с повышением требований к объемам измерительной информации,
ее качеству (достоверности), способам получения, анализа, хранения и
передачи, что приводит к постоянным изменениям взглядов на обеспечение
необходимыми средствами специалистов, занимающихся измерениями,
связанными с магнитооптическими явлениями, которые основаны на
оптическом волокне.
Вместе с тем повышаются требования к метрологическим,
эксплуатационным
и
экологически
безопасным
характеристикам
измерительного оборудования, его габаритами и массе, защищенности от
воздействия окружающей среды [1, 2].
Сегодня новейшие технологии позволяют создавать тонкие, прочные и
гибкие стеклянные нити (оптические волокна), что сделало возможным
создание современных высокочувствительных измерительных систем,
например, датчиков для контроля широкого круга физических величин.
Таблица
№
1
2
3
4
5
6
Спрос-предложение волоконно-оптических датчиков
физических величин.
Спрос - предложение
Физическая величина
Предложение, %
Спрос, %
За рубежом
Отечественное
Перемещение
100
40
10
Температура
100
40
15
Уровень
90
30
18
Давление
90
21
11
Частота вращения
78
35
29
Ускорение
67
32
9
247
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
Газовый состав
Наличие пламени
Сила
Напряженность
магнитного поля
Скорость
Унос ТЗП
Расход
Деформация
Координаты
Крутящий момент
40
30
29
21
10
10
7
10
3
20
19
19
10
9
9
7
19
5
3
5
5
5
5
1
2
3
1
2
2
1
На рис. 1 показаны применения волоконно оптических датчиков для
измерения различных физических величин [3].
100%
90%
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
1
2
Потребность
3
4
5
6
7
8
9
Предложение за рубежом
10
11
12
13
14
15
16
Пребложение отечественное
Рис. 1: 1 – перемещение; 2 – температура; 3 – уровень; 4 – давление; 5 – частота
вращения; 6 – ускорение; 7 – газовый состав; 8 – наличие пламени; 9 – сила;
10 – напряженность магнитного поля; 11 – скорость; 12 – унос ТЗП; 13 – расход;
14 – деформация; 15 – координаты; 16 – крутящий момент
Характеристики датчиков во многом зависят от качества оптического
волокна, имеющего малые потери и широкополосность, обладающего
превосходной стойкостью к воздействию окружающей среды. Оптические
волокна не проводят электрический ток и не обладают свойствами индукции,
благодаря высоким изоляционным свойствам, не подвержены влиянию
разности потенциалов, по этой же причине взрывобезопасны, очень тонки,
легки и гибки, нет никаких опасений относительно нехватки природных
ресурсов, необходимых для их производства [4].
248
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Магнитооптические эффекты, которые используются в основе создания
датчиков, применяемых в промышленности, имеют свои достоинства и
недостатки, определяющие области их применения.
Эффект Фарадея (1845 г.) (датчики электрического тока,
магнитного поля). Если плоскополяризованный свет пропустить через
магнитоактивное вещество, которое находится в магнитном поле, то на
основании эффекта Фарадея возникает вращение плоскости поляризации
света. Магнитное вращение плоскости поляризации света, отнесенное к
единице напряженности приложенного магнитного поля и приходящееся на
единицу длины вещества, называется постоянной Верде или удельным
магнитным вращением [5].
Обозначая через λ длину волны света, а через Н – напряженность
магнитного поля, получим выражение:
  jVH /  ,
(1)
где V – постоянная Верде; δε – тензор диэлектрической проницаемости; j –
электрооптический коэффициент; π = 3,14. Если свет распространяется в
веществе длиной l (см) в направлении магнитного поля напряженностью Н
(Эрстед), то плоскость поляризации с учетом постоянной Верде будет
повернута вправо на угол α (мин) в соответствии со следующей зависимостью
 Vl
 .
(2)
Это явление, называемое эффектом Фарадея, следствие анизотропии
преломляющих свойств среды для световых волн с правой и левой круговой
поляризацией, которая возникает под воздействием магнитного поля. При
этом знак угла поворота плоскости поляризации не зависит от направления
распространения света (по вектору напряженности магнитного поля или
против него) [6].
Убедившись в существовании этого явления, Фарадей приступил к
изучению его свойств. Он обнаружил, что многие другие вещества, кроме
тяжелого стекла, обладают тем же свойством. Однако обнаружить это явление
в опытах с золотой пластинкой ему не удалось, и лишь много лет спустя, в
1884 г., Кундс установил, что металлические пленки в сильной степени
обладают способностью магнитного вращения плоскости поляризации, чем
можно объяснить магнитооптический эффект, открытый Керром (1877 г.). Он
основывался на том, что линейно поляризованный свет, отраженный от
металлического зеркала, становился эллиптически поляризованным, если он
не падает на зеркало по нормали. Эффект Керра состоит в том, что если
зеркалом служит намагниченный ферромагнетик, то отраженный свет
оказывается эллиптически поляризованным и при нормальном падении,
причем длинная ось эллипса повернута против направления элементарных
токов в ферромагнетике, намагниченном вдоль направления луча.
249
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Магнитооптический эффект Керра – особый случай магнитного
вращения плоскости поляризации в тонком поверхностном слое
ферромагнетика [7].
Кроме того, известен эффект Керра, при котором эффект преломления
вещества изменяется пропорционально второй степени напряженности
электрического поля (датчик электрического поля), эффект Коттона-Мутона,
когда коэффициент преломления изменяется пропорционально второй степени
напряженности магнитного поля, и др. [8].
Примером датчика тока является устройство, предложенное цюрихской
компанией АВВ Research Ltd. (Швейцария), использующее эффект Фарадея [9].
Разработчики этого простого в изготовлении многоповерхностного
оптического датчика 1 (рис. 2) предлагают для повышения чувствительности
сместить, по меньшей мере, одну из светоотражающих боковых поверхностей
F1 радиально внутрь относительно других светоотражательных боковых
поверхностей F2 ... F8 так, чтобы эта боковая светоотражающая поверхность
F1 имела наименьшее расстояние а-у до центра 3 по сравнению с другими
боковыми поверхностями F2 ... F8. В результате указанного смещения
падающий на вход датчика световой луч LE при однократном обороте вокруг
выемки 2, служащей для размещения в ней проводника с током, силу которого
необходимо измерить посредством эффекта Фарадея, проходит, не образуя
трассы по замкнутому многоугольнику. Конструкция, в которой смещения
траекторий света распределены в шахматном порядке, приводит к
возрастанию световой чувствительности. Возможен вариант смещения
боковой поверхности F1 или другой боковой поверхности F2 ... F8 наружу.
Рис. 2. Оптический датчик тока, основанный на эффекте Фарадея
Фирма
Eaton
Corporatioп
(США)
предлагает
использовать
магнитооптический измеритель тока [10], представленный на (рис. 3.) Ток Iа в
таком датчике протекает по проводнику 1. Рядом с проводником расположен
250
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
магнитооптический элемент 2, действующий как вращатель плоскости
поляризации на эффекте Фарадея. Этот элемент обеспечивает поворот
плоскости поляризации света, генерируемого излучателем 3 и проходящего
через него, в зависимости от протекающего по проводнику тока. Между
излучателем 3 и элементом 2 расположен входной оптический поляризатор 4.
В зоне луча, выходящего из элемента, установлены первый и второй
фотоприемники 5 и 6, а между элементом и первым фотоприемником – первый
выходной оптический поляризатор 7, ось поляризации которого
ориентирована под углом -45 0 к плоскости поляризации выходящего из
магнитооптического элемента луча, когда через проводник не протекает ток.
Второй выходной оптический поляризатор 8 расположен между элементом и
вторым фотоприемником. Ось второго поляризатора ориентирована под углом
+450 к плоскости поляризации выходящего из магнитооптического элемента
луча, когда через проводник не протекает ток.
Рис. 3. Магнитооптический измеритель тока
Фирма
АВВ
Research
Ltd.
предлагает
простой
способ
магнитооптического измерения тока [11], который независим от влияния
температуры на результаты измерений и не требует компенсационных
устройств для силы света применяемых источников LD1, LD2 света (рис. 4).
Чередующиеся от обоих лазерных источников LD1 и LD2 световые лучи 1, 2 с
помощью лучеделителя 3 поляризуются ортогонально друг другу и через
коллиматоры 4, 6, связанные НВ-волокном 5 (волокном с сильным
наведенным двулучепреломлением), магнитооптический токовый датчик 7,
анализатор 8, два коллиматора 9 и 10, а также через многомодовые волокна 11
и 12 передаются к фотоприемникам DA, DB. На выходе фотоприемников DA,
DB последовательно друг за другом во времени формируются электрические
сигналы SA1 или SB1 и электрические сигналы SA2 или SB2,
пропорциональные мощности светового потока. С помощью функционального
преобразователя 14, блока управления и обработки 13 вычисляется
регистрируемая магнитооптическим токовым датчиком 7 сила тока I. Вместо
251
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
массивного оптического токового датчика 7 можно применить LВ-волокно
(волокно со слабо наведенным двулучепреломлением), причем свет
посылается в обоих направлениях и раздельно обрабатывается.
Рис. 4. Магнитооптический датчик тока
Устройство измерения тока с использованием световода [12],
разработанное фирмой Нitachi (Япония), отличается тем, что содержит (рис. 5)
светоизлучающий элемент 7, расщепители 2 поляризованного луча элемента и
световоды 1 с сохранением плоскости поляризации, соединенные с
расщепителями 2 под углом наклона 450. Одномодовые световоды 3,
намотанные по окружности электрической линии – объекта измерений,
соединены со световодами 1 и с полуволновой пластиной 8.
Рис. 5. Активная оптическая система для измерения тока
Они размещены в пластиковой или немагнитной металлической трубке 4
и составляют с ней единую конструкцию. Свет, поступающий по световодам 1
через расщепители 2, принимается светоприемными элементами 6 и 10. Схема
измерения 9 осуществляет вычитание, суммирование и деление выходных
сигналов элементов 6 и 10. Свет, падающий от элемента 7, разделяется на два
пучка расщепителями 2 и передается по двум направлениям на световоды 3.
Магнитное поле измеряемой линии 5 вращает плоскость поляризации, которая
воспринимается через световоды 1 и расщепители 2 элементами 6 и 10. После
252
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
деления разности на сумму выходных сигналов этих элементов по величине
вращения плоскости поляризации вычисляется величина тока в линии 5.
Область применения магнитооптических датчиков очень широка, что
позволяет проводить актуальные научные исследования в этой области.
Именно поэтому перспективно расширять производство и увеличивать
финансирование разработок.
Список литературы
1. Богданов Е.А. Основы технической диагностики нефтегазового
оборудования / Е.А. Богданов – М.: Высш. шк., 2006.
2. Киреева Э.А. Современные средства контроля и измерения в
электроснабжении: Справочные материалы. Ч. 1 / Э.А. Киреева. – М.: НТФ
Энергопрогресс, 2006. – Вып. 11 (95).
3. Гармаш В.Б. Возможности, задачи и перспективы волоконно – оптических
измерительных систем в современном приборостроении: Спецвыпуск «Фотонэкспресс» / В.Б. Гармаш, Ф.А. Егоров, Л.Н. Коломец. – М.: Наука, 2005. – № 6.
4. Сви М.П. Методы и средства диагностики оборудования высокого
напряжения / М.П. Сви. – М.: Энегрия, 1993.
5. Основы оптоэлектроники: Пер. с яп. / Я. Суэмацу, С. Катаока, К. Кисино и
др. – М.: Мир, 1988.
6. Волоконно-оптические датчики / Т.Окоси, К. Окамото, М. Оцу и др. – Л.:
Энергоатомиздат, 1990.
7. Льоцци М. История физики: Пер с итал. / М. Льоцци. – М.: Мир, 1988
8. Бутусов М.М. Волоконно-оптические датчики в приборостроении /
М.М. Бутусов. – Л.: Машиностроение, 1989.
9. Пат. Германии 4342409, Кл G01R 19/00 Оптический датчик тока,
основанный на эффекте Фарадея.
10.Пат. США 5502373, Кл. G01R 31/00 Магнитооптический измеритель тока
11.Пат. ЕПВ (Европейское Патентное Ведомство) 657740, Кл. 6G01R 15/24
Магнитооптический датчик тока.
12.Пат. РСТ 96229608, Кл. 6G01R 15/14 активная оптическая система для
измерения тока.
253
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
УДК 681.586
М.А. УРАКСЕЕВ, Т.М. ЛЕВИНА
Уфимская государственная академия экономики и сервиса (г. Уфа)
ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО
ТОКА И МАГНИТНОГО ПОЛЯ КАК СРЕДСТВА ПОВЫШЕНИЯ УРОВНЯ
БЕЗОПАСНОСТИ ОБЪЕКТОВ НЕФТЕГАЗОВОГО КОМПЛЕКСА
Развитие глобального техногенеза находит свое выражение в том, что в
настоящее время практически нет района на земном шаре, где бы прямо или
косвенно не проявлялся эффект антропогенного изменения природного
ландшафта. Указанное обстоятельство обусловлено, прежде всего, наличием
единых взаимосвязей между компонентами природы в форме всеобщего
энерго- и масообмена, происходящего в гео- и биосферах [1].
Сейчас сложилось такое положение, что суммарная мощность
антропогенных выбросов во многих случаях сравнима, а часто и превышает
мощность естественных источников. Так, природные источники оксида и
диоксида азота выбрасывают 30 млн т азота год, а антропогенные – 35-40;
диоксида серы соответственно около 30 млн т и более 150 млн Антропогенный
источник свинца почти в 10 раз превышает естественный.
Антропогенные изменения, происходящие в гидросфере, существенным
образом ухудшают качество воды, создавая все больший ее дефицит для нужд
повседневного пользования.
Большое количество предприятий нефтегазовой отрасли сосредоточено
в Башкортостане, Татарии, Самарской, Ярославской и Омской областях.
Именно в этих областях развитие антропогенных процессов свидетельствует о
реальном экологическом риске, формирующемся в локально и глобально
выраженном масштабе [2].
Уровень экологического риска связан со свойствами перерабатываемых
веществ, режимов и условиями эксплуатации оборудования, его техническом
состоянии. Техническая диагностика с применением современных средств
измерения и контроля работы объектов является одним из основных элементов
системы управления промышленной безопасностью в России. Общие
требования по безопасности промышленных объектов установлены
Федеральным законом Российской Федерации «О промышленной
безопасности опасных производственных объектов» № 116-ФЗ от 20 июля
1997 г. Этот закон обязывает организации, эксплуатирующие опасные
производственные объекты (к ним относятся все объекты нефтегазовой
промышленности), проводить диагностику и испытания технических
устройств, оборудования и сооружений в установленные сроки и в
установленном порядке. Диагностика, в том числе и использование
современных средств измерения и неразрушающего контроля работы
производственных объектов, может проводиться как самой эксплуатирующей
254
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
организацией, так и с привлечением специализированной организации
(имеющей соответствующую лицензию) в составе экспертизы промышленной
безопасности.
Надзор
за
безопасностью
потенциально
опасных
производственных объектов осуществляется государственными надзорными
органами: Федеральной службой по экологическому, техническому и
атомному надзору, МЧС, Минэнерго, ГУПО МВД, каждым по своей части.
Целью создания современных средств измерения и контроля является
определение
возможности
и
условий
дальнейшей
эксплуатации
диагностируемого оборудования и в конечном итоге повышение
промышленной и экологической безопасности. Задачами, которые необходимо
решить для достижения поставленной цели, являются:
 обнаружение дефектов и несоответствий, установление причин их
появления и на этой основе определение технического состояния
оборудования;
 прогнозирование технического состояния и остаточного ресурса
(определение с заданной вероятностью интервала времени, в течение которого
сохранится работоспособное состояние оборудования) [3].
На объектах нефтегазовой промышленности диагностированию
подлежат:
 воздушные линии (ВЛ) электропередачи;
 кабельные линии электропередачи;
 понижающие подстанции и силовые трансформаторы;
 ячейки, выключатели и разъединители;
 измерительные трансформаторы тока и напряжения;
 распределительные устройства;
 разрядники;
 статические конденсаторы;
 токоограничивающие реакторы;
 синхронные и асинхронные двигатели систем управления и станков,
установок погруженных центробежных насосов;
 станции управления электродвигателями;
 заземляющие устройства;
 насосы систем подачи реагентов;
 прочее вспомогательное оборудование.
Для бесконтактного обнаружения повреждений и дефектов необходимо
использовать аппаратуру, регистрирующую электромагнитные излучения. Это
позволит вывить локальные увеличения уровней электрического тока и
магнитного поля, точнее источник коронных разрядов и поверхностных
частичных разрядов повышенной интенсивности на оборудовании, появление
или усиление интенсивности которых обусловлено конструктивными
нарушениями, заводскими дефектами, повреждениями в процессе
эксплуатации [4].
255
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В течение последних двадцати лет бурное развитие магнитооптики и
волоконной оптики позволило создать современные высокочувствительные
измерительные системы для контроля широкого круга физических величин,
основанных на магнитооптическом эффекте Фарадея.
Если свет пропустить через магнитоактивное вещество, которое
находится в магнитном поле, то на основании эффекта Фарадея возникает
вращение плоскости поляризации света. Магнитное вращение плоскости
поляризации света, отнесенное к единице напряженности приложенного
магнитного поля и приходящееся на единицу длины вещества, называется
постоянной Верде или удельным магнитным вращением [5].
Если через λ обозначить длину волны света, а через Н – напряженность
магнитного поля, то получим выражение
  jVH /  ,
(1)
где V – постоянная Верде; δε – тензор диэлектрической проницаемости; j –
электрооптический коэффициент; π – 3,14. Если свет распространяется в
веществе длиной l (см) в направлении магнитного поля напряженностью Н
(Эрстед), то плоскость поляризации с учетом постоянной Верде будет
повернута вправо на угол α (мин) в соответствии со следующей зависимостью
 Vl
 .
(2)
В отличие от электрооптического эффекта, который является взаимным,
эффект Фарадея является невзаимным, поэтому он может быть использован
при создании различных невзаимных оптических систем, пропускающих свет
только в одном направлении [6].
Такие системы имеют несомненные преимущества по сравнению с
другими. Они обладают превосходной стойкостью к взаимодействию с
окружающей средой, не проводят ток и не обладают свойствами индукции,
благодаря высоким изоляционным свойствам не подвержены влиянию
разности потенциалов, по этой же причине взрывобезопасны, очень тонки,
легки и гибки [7].
Приведем примеры современных измерительных систем построенных на
основе датчиков с оптическим элементом.
Рассмотрим устройство измерения магнитного поля, основанное на
магнитооптическом эффекте Фарадея, которое может быть промышленно
применимо для визуализации и топографирования пространственно
неоднородных
магнитных
полей
в
труднодоступных
участках
электромагнитных систем: электрических машин, магнитных подвесок,
герконов, в магнитных квадрапульных линзах ускорителей заряженных частиц
и т.п. [8].
На рис. 1а показана структурная схема рассматриваемого устройства,
предназначенного
для
измерения
компонент
магнитного
поля,
ориентированного в плоскости, перпендикулярной оптической оси.
На рис. 1б приведена схема устройства на базе слабоанизотропного
материала.
256
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
На рис. 1в показана фарадеевская ячейка
ориентированного контролируемого магнитного поля.
а
для
произвольно
б
в
Рис. 1. Устройство контроля магнитного поля
Устройство (рис. 1а) содержит источник 1 параллельного пучка света,
фарадеевскую ячейку 2, регистрирующее устройство (телевизионную камеру с
монитором) 3 и многоканальные волоконные световоды 4, при этом пленочные
элементы, на поверхности которых нанесены пленочные поляризатор и
анализатор, выполнены из высокоанизотропного материала.
Фарадеевская ячейка (рис. 1в) содержит поляризатор 5, пленку 6 из
высокоанизотропного материала на подложке 7, пленку 8 из слабоанизотропного
материала на подложке 9 и анализатор 10. С целью детального топографирования
магнитного поля устройство может содержать элемент 11 подмагничивания с
блоком 12 питания и блок 13 управляющего магнитного поля с источником 14
управляющих импульсов.
Фарадеевскую ячейку 2 с элементом 11 подмагничивания и блоком 13
управляющего магнитного поля помещают в исследуемое магнитное поле. При
фиксированном поле подмагничивания регистрируют распределение магнитных
моментов в пленке 8 и доменную структуру в пленке 6, при этом предварительно
на пленки воздействуют управляющим магнитным полем для создания
равновесной доменной структуры. Указанную операцию повторяют для
нескольких значений поля намагничивания. По набору визуализированных
картин, снятых при различных полях подмагничивания, строят топограмму
контролируемого магнитного поля [9].
Приведем пример использования оптического волокна в устройстве для
измерения импульсных токов (рис. 2) [10]. Это устройство используется для
измерения однократных импульсов тока с длительностью, лежащей в
наносекундном диапазоне, в мощных электрофизических установках типа
линейных импульсных ускорителей электронов.
В данном волоконно-оптическом устройстве содержится источник
линейно-поляризованного светового излучения 1, который через волоконный
257
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
световод 2, изготовленный из магнитооптического материала, подключен к
началу поляризационно-чувствительного фотоприемника 3, конец которого
подсоединен к измерительно-вычислительному блоку 4. Волоконный световод
состоит из n чувствительных элементов 51…n в виде одинаковых дуг, образующих
замкнутый контур, который охватывает токопровод с измеряемым током.
Элементы последовательно соединены между собой (n-1) одинаковыми
волоконно-оптическими
линиями
задержки
61…n-1:
начало
первого
чувствительного элемента подключено к источнику излучения, конец последнего
чувствительного элемента подключен к входу фотоприемника. Волоконнооптические линии задержки представляют собой катушки с витками световода.
Витки катушек расположены так, что плоскости этих витков перпендикулярны
силовым линиям магнитного поля, создаваемого измеряемым током.
Рис. 2. Волоконно-оптическое устройство измерения импульсных токов
На (рис. 3) приведена структурная схема информационно-измерительного
устройства контроля электрического тока и магнитного поля [11].
Устройство содержит источник оптического излучения 1 в виде лазера
или лазерного диода. Последовательно с ним оптически соединяют
поляризатор 2, оптическое волокно 3, обладающее линейным двойным
лучепреломлением и свернутое в катушку. Внутри катушки 3 расположен
проводник 4 с измеряемым током I. Анализатор 5 оптически связан с
фотоприемником 6 в виде фотодиода. Последний электрически соединен с
усилителем 7, выход которого подключен к микроконтроллеру 8,
содержащему блок обработки информации.
3
I
4
1
2
5
6
7
8
Рис. 3. Информационно-измерительное устройство контроля
электрического тока и магнитного поля
258
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Устройство работает следующим образом.
При прохождении электрического тока I по проводнику 4 вокруг него
создается магнитное поле, напряженность которого по закону полного тока
определяется как:
H=I/2πR,
(3)
где R – расстояние от проводника с током до рассматриваемой точки.
В случае измерения магнитного поля, оно непосредственно воздействует
на чувствительный элемент устройства в виде катушки 3 из оптического
волокна .
Эта же катушка служит магнитооптическим элементом Фарадея. При
воздействии на нее магнитного поля происходит поворот плоскости
поляризации плоскополяризованного луча света на угол фарадеевского
вращения:
φ= VN0I,
(4)
где N0 – число витков катушки из оптического волокна; V – постоянная Верде.
При
непосредственном
воздействии
магнитного
поля
угол
фарадеевского вращения находится по формуле:
φ= VHL,
(5)
где L – длина пути света в катушке из оптического волокна.
В
анализаторе
5
угол
поворота
плоскости
поляризации
плоскополяризованного луча φ преобразуется в изменение мощности
оптического сигнала
P=0,5P0 (1+sinφ),
(6)
где P0 – мощность света при отсутствии магнитного поля, т.е. мощность
светового луча, создаваемого лазером или лазерного диода.
Оптический сигнал (6) с выхода анализатора воздействует на фотодиод
6, электрический сигнал с выхода которого усиливается усилителем 7 и
поступает на микроконтроллер 8, в котором обрабатывается блоком
обработки.
Наличие блока обработки позволяет повысить точность измерения. Это
происходит за счет коррекции погрешностей, возникающих от влияния на
постоянную Верде, материала оптического волокна колебаний температуры
окружающей среды и длины волны оптического излучения.
Список литературы
1. Сви М. П. Методы и средства диагностики оборудования высокого
напряжения / М.П. Сви – М.: Энегрия,1993.
2. Мазур И.И. Курс инженерной экологии. / И.И. Мазур, О.И. Молдаванов. –
М.:Высш. шк., 2001.
3. Богданов Е.А. Основы технической диагностики нефтегазового
оборудования / Е.А. Богданов. – М.:Высш. шк., 2006.
4. Основы оптоэлектроники: Пер. с яп. – М.: Мир, 1988.
259
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
5. Бусурин В.И. Волоконно-оптические датчики: Физические основы,
вопросы расчет и применения / Басурин В.И., Носов Ю.Р. – М.:
Энергоатомиздат, 1990.
6. Бутусов М.М. Волоконно-оптические датчики в приборостроении /
М.М. Бутусов. – Л.: Машиностроение, 1989.
7. Виглеб Г. Датчики: Пер. с нем. / Г. Виглеб. – М.: Мир, 1989.
8. Возможности, задачи и перспективы волоконно-оптических измерительных
систем в современном приборостроении / В.Г. Гармаш, Ф.А. Егоров,
Л.Н. Коломиеци др. // Фотон-экспресс. – 2005. – № 6.
9. Пат. РФ № 2042142, Кл. G01R33//032 Устройство контроля магнитного
поля
10. Пат. РФ № 22622709, Кл. G01R33/032 Волоконно-оптический устройство
для измерения импульсных токов
11. Пат. РФ № 53021, Кл. G01R33/032 Информационно-измерительное
устройство контроля электрического тока и магнитного поля.
УДК 346.26:316.774
И.Г. ГАВРИЛЕНКО
Уфимская государственная академия экономики и сервиса (г. Уфа)
ПРОБЛЕМЫ ИНФОРМАЦИОННОЙ ПОДДЕРЖКИ МАЛОГО
ПРЕДПРИНИМАТЕЛЬСТВА
Информационная поддержка малого предпринимательства в Республике
Башкортостан
осуществляется
через
сложную
инфраструктуру,
представленную сетью органов государственной власти и управления,
общественных
организаций
предпринимательства,
субъектов
предпринимательской деятельности, оказывающих информационные услуги
СМП.
Создание информационной инфраструктуры для предпринимателя –
дело трудоемкое, дорогостоящее и не под силу СМП. Поэтому почти каждый
седьмой руководитель МП считает, что создание системы информационной
поддержки – главная мера государственной поддержки малого
предпринимательства. Общими проблемами действующей информационной
инфраструктуры являются: наличие большого числа организаций, у которых
СМП не всегда может получить необходимую информацию; разрозненность
проводимых информационных мероприятий; отсутствие подчиненности
общей цели в сфере информационного обеспечения СМП.
В Республике Башкортостан сумма средств, выделенная на
информационное обеспечение, в 2006 году составила 2,865 млн руб.
260
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица
Затраты, выделенные на информационное обеспечение (финансирование
мероприятий, носящих информационный характер), в соответствии с
Программами поддержки малого предпринимательства в РБ, млн руб.
Год
Общий объем
финансирования программ
Финансирование
мероприятий,
направленных
на информационное
обеспечение
Доля
информационного
обеспечения в
общем объеме
финансирования, %
2002
81,0
2,662
3,29
2003
12,5
3,64
29,12
2004
12,5
2,49
19,92
2005
12,5
2,01
16,08
2006
20,0
2,865
14,33
Формирование
положительного
имиджа,
а
также
система
государственной поддержки и пропаганды СПМ находят свое отражение в
материалах средств массовой информации: тематических телепередачах;
радиопередачах «Большие проблемы малого бизнеса»; на страницах вкладыша
«Предприниматель Башкортостана» газеты «Республика Башкортостан» и
журнала «Бизнес-партнер».
Ежегодно в г. Уфе проводится «Неделя малого бизнеса» с проведением
научно-практических конференций по проблемам СМП; республиканской
выставки
продукции
предпринимателей;
семинаров-совещаний
с
заместителями глав администраций районов и городов Республики
Башкортостан и т.д.
Совместно с ФРПМП РБ, РНИТК «Баштехинформ» создан Интернетпортал «Малый бизнес Башкортостана». На его страницах размещены: база
данных СМП; Интернет-выставка продукции (товаров, услуг), выпускаемая
предпринимателями; база данных инвестиционных проектов; нормативноправовая база.
В соответствии с принятым Постановлением Правительства Республики
Башкортостан от 17.04.03 № 97 образован Республиканский совет по
поддержке
предпринимательства
при
Правительстве
Республики
Башкортостан во главе с Премьер-министром РБ. Организована работа
«горячей линии» Республиканского совета по поддержке малого
предпринимательства при Правительстве РБ. На вопросы предпринимателей
отвечают специалисты Министерств и ведомств РБ.
Несмотря на комплекс проводимых мероприятий, проблема
информационного обеспечения деятельности предпринимателей остается
261
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
достаточно острой. В настоящее время предпринимателям весьма сложно
получить конкретную информацию по интересующему их вопросу.
Информационные фирмы, в целом, не ориентируют свою деятельность
на малый бизнес, поэтому базы данных для малого предпринимательства
только начинают появляться.
По мнению представителей малого бизнеса, основной проблемой в
получении информации является отсутствие организаций, которые могут ее
предоставить. Качественная информация со специальной выборкой,
ориентированная на конкретного клиента, недоступна малому бизнесу.
Основными препятствиями в поиске и получении необходимой для малого
бизнеса информации являются:
 отсутствие
специализированных организаций, которые могут
предоставить информацию;
 высокие цены на информацию;
 незнание, где получить информацию.
Представители малого бизнеса в РБ в основном получают необходимую
им информацию из передач российского телевидения, печатных изданий,
среди которых наибольшей популярностью пользуются общероссийские
печатные средства массовой информации, менее всего предприниматели для
получения информации прибегают к местным печатным СМИ. Среди
источников получения информации самый распространенный – личные связи
руководителей предприятий.
Основные проблемы информационного обеспечения, сдерживающие
развитие малого предпринимательства в Республике Башкортостан.
Организационные:
 отсутствие
четкого
регулирования
условий
и
стандартов
предоставления информации;
 сложности в обеспечении контроля за потоками информации;
 недостаточность информации об особенностях предоставляемых
информационных услуг общественными организациями предпринимателей;
 территориальная
разбросанность
объектов
информационной
инфраструктуры, затрудняющая получение информации;
 трудности
в
области
взаимодействия
между
субъектами
предпринимательской деятельности, органами государственной власти и
управления, общественными организациями предпринимателей;
 коммерческие предприятия и организации, предоставляющие
определенные услуги СМП (в том числе информационные), конечной целью
своей деятельности видят получение прибыли, что приводит к
некачественному выполнению и предоставлению услуг;
 отсутствие у СМП точных сведений о возможных источниках
получения информации.
Нормативно-правовые:
262
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
 отсутствие четкой системы доведения нормативно-правовой
информации и изменений в законодательстве до СМП;
 затрудненность системы обратной связи и обмена опытом по вопросам
нормативного правового регулирования предпринимательской деятельности.
Проблема информационного обеспечения в области координации
информации:
 отсутствие единого информационно-консультационного центра
поддержки малого предпринимательства, в котором бы осуществлялась
концентрация всех информационных потоков, предназначенных СМП.
Проблемы отсутствия информации, необходимой для осуществления
предпринимательской деятельности:
 отсутствие тематических баз данных, необходимых для обеспечения
эффективной деятельности СМП;
 отсутствие полной адресно-реквизитной базы данных по всем
хозяйствующим субъектам, действующим на территории РБ.
Проблемы
предоставления
статистической,
маркетинговой,
аналитической информации:
 отсутствие оперативной и актуальной информации о численности
работающих в малом бизнесе, полученной в этой сфере прибыли, уплаченных
налогах, объеме выпуска продукции и многих других факторах, затрудняющих
определение форм и методов государственной поддержки малого
предпринимательства;
 сложности в оперативном получении статистической информации о
состоянии малого предпринимательства, получении аналитической и
маркетинговой информации, необходимой СМП, высокая стоимость
получения подобной информации;
 отсутствие необходимой для работы маркетинговой информации, что
затрудняет
разработку
программ
дальнейшего
развития
малого
предпринимательства.
Проблема информационного обеспечения финансирования СМП:
 недостаточное информирование СМП по вопросам получения
кредитов, предоставления поручительств, гарантий, залога и т. д.;
 недостаточный объем бюджетного финансирования мероприятий,
направленных на информационное обеспечение СМП.
Для решения названных проблем необходимо:
 повышение эффективности организационного обеспечения системы
поддержки малого предпринимательства должно быть направлено на
совершенствование существующей инфраструктуры. Формирование системы
информационного обеспечения призвано создать благоприятные условия для
доступа предпринимателей к информационным ресурсам, а также обеспечить
достоверное информирование о состоянии малого предпринимательства в
республике;
263
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
 необходимо на республиканском и местных уровнях создавать
различные
информационные
центры,
адресованные
малым
предпринимательским структурам;
 существует необходимость в разработке и активном применении
программы
обучения
и
повышения
квалификации
кадров
для
предпринимательских структур;
 назрела необходимость разработки типовых документов по созданию
механизмов и структур по микрокредитованию.
Разрешение представленных проблем позволит повысить эффективность
информационного обеспечения малого предпринимательства и создаст
реальные предпосылки формирования действенной информационной
инфраструктуры.
УДК 338.46
Е.В. БИНДИЧЕНКО, Т.Е. БИНДИЧЕНКО
Уфимская государственная академия экономики и сервиса (г. Уфа)
ИНФОРМАЦИОННЫЙ СЕРВИС В НОВОЙ РОССИИ:
ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ
Технологический прогресс, результатом которого стало создание новых
областей сервиса, радикально изменяет взаимоотношение производителей
услуг и их потребителей.
Вектор взаимодействия субъектов сервиса постепенно, но все более
очевидно смещается в пространство, насыщенное новыми технологиями и
системами, иллюзорно обеспечивающими в традиционной схеме реального
контакта производителя и потребителя услуг.
Потребитель, заказывая и получая реальную для себя услугу, в
состоянии ее оценить, ввести в собственный мир ценностей, присвоив ей
определенный иерархический уровень, но далеко не всегда в процессе
потребления может войти в реальный контакт с производителем услуги или с
субъектом, ее оказывающим.
Одним из таких видов сервиса, пожалуй, наиболее распространенным в
практике общественного бытия, выступает интеллектуальный сервис.
Объем, ассортимент, качество, социальная и индивидуальная значимость
услуг в сфере интеллектуального сервиса самым непосредственным образом
связан с экономическим и социальным уровнем развития общества, с
имеющей в нем место социально-классовой структуры, с уровнем
исторической культуры, отношением государства, общества и индивидов к
культурным ценностям прошлого и настоящего.
Интеллектуальная сфера пронизывает все уровни общества и сфера
услуг здесь чрезвычайно разнообразна. Это обусловливает появление, наличие
264
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
и длительное существование целого ряда серьезных проблем, многие из
которых своими корнями и возможностями их эффективного разрешения
выходят далеко за рамки институциональной структуры сервиса.
В рамках настоящего исследования попытаемся выделить и рассмотреть
их в двух взаимосвязанных и взаимопроникающих сферах услуг. Это
образовательный сервис и информационный сервис.
Образовательный сервис сопутствует человеку на протяжении всей его
активной творческой жизни. Услуги, предлагаемые в сфере образовательного
сервиса, несут в своей конструкции многоуровневые характеристики,
определяемые стратегическими и тактическими целями отдельных индивидов,
социальных групп и общества в целом. Основой целей выступают интересы и
потребности. Образовательный сервис призван удовлетворить выступающие в
диалектическом единстве и взаимосвязи интересы общества (макросреда),
интересы классов и социальных групп (мезосреда) и интересы малой
социальной группы (микросреда), часто проявляющиеся через деятельность
отдельного индивида, реализующего сначала потребность этой малой группы
(в раннем детском возрасте), а позднее и свою собственную. Разброс
потребностей
в сфере образовательного сервиса,
обусловленный
множественной
индивидуальностью
общества,
обуславливает
и
множественность услуг в этой сфере сервисной деятельности, которая, будучи
предназначенной для удовлетворения духовных потребностей, не
ограничивается никакими социальными рамками.
Информационный сервис, в широком смысле слова, – это обеспечение
потребителя информацией в границах текущего времени, в объемах и
тематике,
необходимых
для
удовлетворения
его
потребностей.
Информационный сервис выражается в работе с потребителем услуг в
различных вариантах:
a) исследование субъектом сервиса информационных полей, анализ,
обработка материалов и прочее и предоставление результатов работ
потребителю информационных интеллектуальных услуг в ранее оговоренных
объемах и характеристиках;
b)представление
потребителю
информационных
полей
с
соответствующим техническим оснащением для самостоятельного поиска,
исследования, анализа и освоения информации;
c) представление потребителю возможности самостоятельно с
использованием своего технического обеспечения проводить освоение,
исследование и анализ информационных полей субъекта сервиса;
d)совместное с потребителем в разных вариантах взаимодействия
исследование информационных полей, либо принадлежащих субъекту услуг,
либо информационных полей, в которых субъект услуг также выступает их
потребителем, но первичным по отношению к своему заказчику.
Информационные поля, представляемые потребителю, могут выступать
в различных вариантах:
265
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
 в виде чистых услуг, содержащих информационный продукт,
восприятие которого состоит в форме прослушивания или визуального
просмотра;
 в виде информационного поля, требующего раскодирования (сжатый
телетекст, звуковой ряд, компьютерная диагностика и пр.);
 в виде овеществленного, материализованного продукта (письменная
информация на естественном и искусственном языках и пр.);
 в виде информационных характеристик, требующих для своего
восприятия их распредмечивания (аудио-, видеоматериалы, компьютерные
диски и пр.).
Одним из видов наиболее распространенного и перспективного
информационного сервиса в развитых странах мира является Internet. В его
«наполнении» наиболее популярными сегодня выступают электронная почта,
телеконференции и Всемирная Паутина (World Wide Web, WWW, Web). He
умаляя значения электронной почты и телеконференций, основное внимание
уделим структуре и проблемам WWW в ее связи с новыми образовательными
технологиями в условиях сегодняшней российской действительности.
Показав
распространенность,
социальную
и
индивидуальную
значимость и общественную в целом необходимость для любой страны
системы образования, обратим внимание на множественность факторов
(экономических, политических, культурных, демографических и иных),
оказывающих на различных уровнях влияние на ее жизнеспособность и
эффективность.
В резюме отметим: сколько факторов – столько и проблем на каждом
уровне существования системы образования. Строго говоря, проблем окажется
значительно больше за счет некоторых характеристик, присущих обществу как
целому конкретно-историческому социетальному субъекту и индивидуальных
интеллектуальных психофизиологических характеристик и множества
составляющих это общество субъектов.
Последний фактор обусловил появление и существование в некогда
авторитарной и целостной системе однообразного образования иных
вариантов образовательного процесса со своими, иногда еще не до конца
осознанными методиками и порой неожиданными результатами.
Снимает ли часть образовательных проблем введение в образовательный
процесс системы Internet? В далекой перспективе российского бытия
положительный ответ на этот вопрос, вероятно, будет превалирующим.
Сегодня, к сожалению, это далеко не так.
Накладывая Internet на российскую действительность, заметим, что он
еще больше обостряет глобальные противоречия между объективной
необходимостью активизации российского общества в направлении
общественного прогресса и отсутствием возможностей для объективизации и
превращения в реальность этой необходимости.
266
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Анализ отдельных наиболее существенных сторон жизни общества и
государства показывает эти противоречия со всей очевидностью:
1. В реалиях своего бытия экономическая Россия еще многие годы
останется в целом несостоятельной страной и не сможет по этой причине, за
исключением достаточно крупных городов, создать мощные серверные узлы и
представительно войти во Всемирную Паутину.
2. Технический уровень телефонизации ее объемов в целом по стране
сопоставимы со странами третьего мира. Географические факторы также не
способствуют интенсификации «технической цивилизации» Российского
пространства.
3. Политическая нестабильность, отсутствие гражданского общества и
правового государства, неясные ориентиры политического и социальноэкономического развития страны мало способствуют распространению
достоверной и объективной информации общества. Более того, в отдельных
регионах и даже в центре все более явственно просматривается
информационная блокада населения, стремление власти контролировать и
манипулировать общественным и индивидуальным сознанием.
4. Малоразрешимой в обозримом будущем представляется языковая
проблема. Русскоязычных страниц в Internet чрезвычайно мало. Основу
Всемирной Паутины составляет англоязычная информация.
5. Трансформация социально-классовой и стратификационной структуры
общества в сторону существенного повышения доли социальных субъектов с
низким экономическим и социальным положением и отсутствием реальных
перспектив войти в страны более высокого социального уровня.
Существует также еще целый ряд проблем менее значимого уровня,
решаемых или устраняемых меньшими усилиями со стороны государства и
общества.
Агентство NUA (www.nua.ie), занимающееся исследованиями в Internet,
считает, что количество пользователей Internet в мире в начале нового
тысячелетия составило около 200 млн человек: Африка – 1 млн; Азия и
Тихоокеанский регион – 14 млн, Европа – 20 млн, Ближний Восток – 4 млн,
Канада и США – 64 млн, Южная Америка – 1,5 млн. По прогнозам NUA к
2010 году количество пользователей Internet составит свыше 350 млн человек.
Согласно исследованиям Регионального Общественного Центра Internetтехнологий Роцит (www.rocit.ru), на начало 1998 г. в нашей стране услугами
электронной почты пользовались около 500 тыс. человек, а возможностью
доступа в информационные сети Всемирной Паутины обладали только около
100 тыс. человек. Сегодня эти цифры увеличились не более чем втрое.
И, тем не менее, за Internet – будущее. Современные образовательные
технологии, в какой бы форме в Internet они не выступали, это объективное
требование «информационного» общества, а, следовательно, и требования, и
показатель уровня развития государства.
267
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Сегодня Россия уже вошла в Internet, завтра она сможет и должна
получить в нем полноценное и широкое представительство.
УДК 338.46
Е.В. БИНДИЧЕНКО, Т.Е. БИНДИЧЕНКО
Уфимская государственная академия экономики и сервиса (г. Уфа)
ТРАНСФОРМАЦИЯ ИНДУСТРИАЛЬНОЙ ЭКОНОМИКИ РОССИИ
В ЭКОНОМИКУ СЕРВИСНОГО ТИПА
Очевидно, что становление сервисной экономики, перелив в ее сферу
основной массы трудоактивного населения отдельных стран и регионов в
современном мире составляет существо экономических процессов,
обусловленных историческим развитием человечества. Начало этому этапу
положили наиболее развитые в экономическом отношении страны: США,
Германия, Франция, новые индустриальные страны Юго-Восточной Азии и
ряд других государств. Определенная идентичность мирового экономического
пространства в его региональных составляющих обусловливает, в известной
мере, идентичность происходящих в различных странах и регионах
экономических и социальных процессов. Это позволяет проводить с
достаточно высокой степенью достоверности в режиме реального
исторического времени сравнительный анализ их социально-экономического
развития, выявлять тенденции развития и прогнозировать основные
направления региональных планируемых или спонтанно возникающих
социетальных преобразований.
Межотраслевой анализ общественного производства и его секторов
(В. Леонтьев) признан сегодня наиболее эффективным средством
построения прогностических вариантов развития экономической системы
любого уровня от мировой и национальной экономики до отдельного
региона, локальной селитебной зоны и даже отдельного предприятия.
Сегодня этот инструмент экономического препарирования социетальной
системы может считаться незаменимым методом перманентного мониторинга
ее функционирования, способным на любом участке ее развития выявить
нарушения и дисфункции, как в ее совокупном системном функциональном
качестве, так и в отдельных структурных элементах. С помощью
межотраслевого анализа, часто понимаемого как «модельный подход в
конструировании социально-экономической реальности», осуществляется
поиск потенциальных и фактических источников таких нарушений и
определение путей и средств их устранения.
Модельный подход – это не построение модели экономической системы
в виде ее уменьшенной копии. Модель системы в этом случае выполняется
скорее как карта или чертеж, отображающий структуру системы и взаимосвязи
268
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
между различными ее частями. По форме модель представляет собой систему
уравнений с переменными величинами, отражающими затраты, выпуск и цены
различных товаров и услуг в различных отраслях и регионах, уровни
капиталовложений в новые производственные мощности, инфраструктуру
регионов и отдельных селитебных зон и многие другие показатели. Модели
социально-экономического развития различных уровней включают в себя
наряду с экономическими показателями социальные и иные показатели,
отражающие индекс развития человеческого потенциала (ИРЧП).
Структура производственного процесса в каждом исследуемом, секторе
экономики, будь то производство товаров или производство услуг,
представляется определенным вектором структурных коэффициентов,
которые количественно характеризуют связь между имеющимися в этом
секторе затратами и результатами его производственной деятельности.
Взаимосвязь между секторами равнопорядкового уровня описывается
системой линейных уравнений, выражающих балансы между совокупными
затратами и агрегированным выпуском каждого продукта и услуг,
исчисляемых за определенный промежуток времени.
Соответственно, технологическая структура подвергаемой анализу
экономической системы в целом может быть представлена матрицей
технологических коэффициентов «затраты – выпуск» всех ее секторов. Сама
матрица содержит множество параметров, на которых основываются
балансовые соотношения. Таблицу межотраслевого баланса, выраженную в
стоимостных
показателях,
можно интерпретировать
как
систему
национальных, счетов (СНС). Таблицы более низкого уровня исчисления,
например, уровня субъекта, федерации, отражают фактическое положение
экономики во всей полноте ее присутствия в данном анализируемом субъекте.
Сопоставление региональных субъектов по методике отраслевых или
региональных СНС со статистически фиксируемой очевидностью отражают
уровень их экономического развития по соответствующим показателям
секторальной экономики.
Институт сервиса представляется сложной и многоуровневой социальноэкономической системой общества, с множеством отраслевых и региональных
переменных, с практически неограниченной социальной базой субъектов
потребления продукта (услуги), часто непредсказуемым в деталях и специфике
спросом и целым рядом других, фактически, не просчитываемых, но имеющих
место в реальной практике потребления услуг, факторов. Сложность системы
обусловливает уровень взаимозависимости ее частей. Соответственно, чем
выше эта взаимозависимость, тем полнее и подробнее должна быть модель,
более сложными и детализированными системы уравнений.
Модельный подход в исследовании влияния института сервиса на
«бытие» человеческого общества в целом и в отдельных человеческих
общностях и селитебных зонах позволит выявить и проанализировать связь
сервисного сектора экономики с другими ее секторами, специфику и уровень
269
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
развития экономики страны и роль в этом процессе института сервиса,
поднять и представить в «очищенном» виде и другие проблемы, в той или
иной мере связанные с функционированием общества и его
институциональных структур.
В России с ее далеко еще не стабильной, неустойчивой экономикой и
социальной дисгармонией задачу моделирования современного института
сервиса еще никто не ставил, и возможность использования модельной теории
в построении исходной теоретической базы превращения сферы услуг в
институт европейского или мирового уровня никто не исследовал. Между тем,
спонтанные процессы формирования технологически новых для страны
элементов института сервиса в структуре российской экономики имеют место.
В этой связи, видимо, целесообразно на исходном этапе построения
прогностической модели развития российского института сервиса или его
региональной институциализированной сервисной структуры использовать
прогностические
тенденции
изменения
усредненных
социальноэкономических показателей отдельных структурных элементов системы с
соответствующей коррекцией по отдельным производственно-экономическим
и селитебным зонам.
Первичные
данные,
используемые
для
построения
такой
прогностической модели, имеют, как правило, вид высоко агрегированных
временных рядов, описывающих поведение и взаимосвязи экономических
переменных, влияющих на организацию, развитие и функционирование
сервисных структур. Прогнозы развития отдельных отраслевых сервисных
структур можно получать путем экстраполяции прошлых статистических
переменных, рассчитанных на основе их фактического прошлого поведения с
акцентом на опережение или запаздывание.
Следует, однако, иметь в виду, что в структуре сферы сервиса
учитываемых предприятий и организаций существенную в экономическом и
социальном аспекте нишу занимают нелегальные, нерегистрируемые субъекты
сервиса и криминальные структуры, которые экономической статистикой не
охватываются и существующей, так называемой «системой досчетов» в
полной мере не учитываются.
Во избежание существенных искажений показателей модельного ряда и,
соответственно, конечных результатов исследования, эти факторы в
модельном подходе должны быть особым образом учтены. Однако какой-либо
достоверной и эффективной методики на этот счет до настоящего времени
также не разработано.
Наконец, при проектировании модельного ряда прогностических
тенденций российского и регионального института необходимы рациональные
нормативы потребления услуг для оценки уровня обслуживания населения на
различных территориях. Эти нормативы в своей основе кроме экономических
показателей должны быть сориентированы на показатели индекса развития
человеческого потенциала, учитывать региональные особенности селитебной
270
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
зоны, уровень культуры и специфику потребностей населения, его менталитет
и психофизиологические особенности, социально-профессиональную и
демографическую структуру и многие другие факторы. С сожалением можно
констатировать, что подобной методики в стране также нет. В этих условиях в
обозримом будущем модельный подход в становлении полноценного
российского института сервиса представляется достаточно проблематичным.
И, тем не менее, формирование полноценного института сервиса, как в
региональных границах федерации, так и в Российской Федерации в целом,
представляется не альтернативой какому-либо проекту комплексной
модернизации сферы услуг, но объективной исторической необходимостью
трансформации социетальных (экономических, политических, социальных,
культурных, бытовых и др.) отношений в обществе и государстве в целом.
УДК 336.7:338.46:336.7 – 043.86
М.А. ПУТЕНИХИН
Уфимская государственная академия экономики и сервиса (г. Уфа)
БАНКОВСКИЕ ИННОВАЦИИ КАК ФАКТОР РАЗВИТИЯ
СОЦИАЛЬНОЙ СФЕРЫ
Анализ отечественных и зарубежных публикаций показывает, что
сегодня одним из приоритетных направлений государственной экономической
политики ведущих мировых стран становится инновационная деятельность.
Состояние инновационной сферы России имеет тенденции, которые
определяются отсутствием развитых рыночных механизмов и инфраструктуры
инновационной деятельности.
Инноватика (как наука) – особое направление в инновационном
менеджменте
России,
означающее
движение
от
инновации
к
предпринимательству. Внутри самой инноватики появились новые
самостоятельные направления: формирование новшеств, сопротивление
нововведениям, диффузия (распространение новшеств); адаптация к ним
человека и приспособление их к человеческим потребностям; инновационные
организации; выработка инновационных решений и т.д. [1]. В приведенном
перечне составных частей инноватики отсутствуют некоторые важные
элементы, такие, например, как рынок нововведений, инновационные
стратегии.
Применительно к сфере банковской деятельности инновацию можно
определить как целенаправленное изменение в функционировании банковской
системы, и которая предполагает введение нового в цели, содержание, методы
и формы предоставления банковских услуг, социальная роль которых
многогранна в обеспечении инвестиционными ресурсами экономических
интересов индивидов. Рынок банковских инноваций, реализуемых
271
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
посредством предоставления банковских продуктов и услуг, отражает
экономические связи между субъектами в процессе движения новых
банковских услуг и использования венчурного (рискового) капитала.
Банковскую инновацию, на наш взгляд, можно разделить на новое
знание и новые виды (банковские продукты) как результат научного,
поискового и экспериментального исследования и банковскую технологию как
услугу по новому способу продвижения и предоставления банковских
продуктов. Поэтому рассмотрение банковских продуктов и банковских услуг
возможно только через призму банковских инноваций (рисунок 1).
Главной характерной чертой банковской инновации выступает ее
товарный характер, специфика которой обусловлена высокой степенью риска,
причем риска временного разрыва между затратами и результатами, а также
неопределенностью спроса. В силу последнего обстоятельства при банковских
инновациях предложение их обычно играет активную упреждающую роль,
особенно при предоставлении кредитных и депозитных услуг.
Новое знание и
новые виды
банковских
продуктов
Технология
предоставления
банковских услуг
Банковская инновация
Рис. 1. Банковские продукты и услуги в системе банковских инноваций
Особенности банковских инноваций, как товара, связаны с личностью
банковского менеджера и клиента (потребителя услуг), объективными
условиями востребованности обществом и психологической готовностью к
принятию и реализации банковских инноваций.
В
условиях
глобализирующегося
мира
и
формирования
постиндустриальной
экономики
банковскую
инновацию
следует
рассматривать как новую глобальную систему открытого, гибкого,
индивидуализированного, созидающего знания о банковских процессах,
основанных на научно-технических достижениях, способных привести к
крупным межотраслевым структурным сдвигам, и использующих прорывные
технологии (такие, например, как всемирная сеть Интернет). Эту систему
можно представить в виде единства технологических, экономических,
научных, организационных и институциональных нововведений (рис. 2).
Любая банковская инновация основана на интеллектуальной
собственности как товаре – будь то информация, ноу-хау, новый банковский
продукт, программное обеспечение для банков и т.д. В научной литературе
272
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
подчеркивается нематериальный характер банковских инноваций по
сравнению с новыми материальными товарами. В отличие от всех новых
материальных продуктов труда банковская инновация более подвержена не
физическому, а моральному износу. Таким образом, банковская инновация
формируется как товар, который невозможно физически измерить и
использовать без определенного минимума знаний, профессиональной
компетенции и необходимой информированности; без соответствующей
предварительной подготовки и обучения персонала его не реализовать.
Специфическая черта этого товара – его способность к мультипликации
доходов при практическом использовании. Соответственно все ресурсы
банковского сектора, которые используются для создания банковских
инноваций и их реализации потребителям на рынке банковских услуг в целях
получения прибыли, представляют собой совокупный инновационный
капитал.
Технологические инновации – новые
банковские технологии
Экономические инновации – новые
экономические механизмы в сфере банковской
деятельности
Система
банковских
инноваций
Научные инновации – новые методы, приемы и
методология организации и оценки банковских
услуг
Организационные инновации – новые
организационные структуры и
институциональные формы
Институциональные инновации – адекватные
условиям правовые нормы, обеспечивающие
экономическую свободу субъектов,
формирование конкурентной среды и т.д.
Рис. 2. Единство системы банковских инноваций
Инновационный капитал банка представляет ресурсы всех видов,
которые могут быть использованы для осуществления инновационной
деятельности (новые банковские технологии, новые экономические
механизмы в банковской сфере, новые банковские продукты, новые методы и
273
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
приемы предоставления и продвижения услуг, новые организационные
структуры и институциональные формы в области банковской деятельности).
Инновационный капитал позволяет расширить масштабы внедрения новых
или улучшающих технологий в целях обеспечения конкурентоспособности
банковских услуг (см. табл.). Причем использование инновационного капитала
коммерческими банками должно опираться на принцип непрерывности,
который предполагает постоянное развитие и внедрение в банковскую
деятельность инноваций, ориентируясь на глобальные стандарты качества
банковских услуг [2].
Таблица
Компоненты инновационного капитала
Продуктовый
Организационный
Технологический
Новые виды,
Новые формы
Новые банковские
направления и
реализации и
методы и технологии
ассортиментные
продвижения
позиции банковских
банковских
продуктов и услуг
продуктов и услуг
Все происходящие в национальной банковской системе и в отдельных
кредитных организациях изменения, такие как развитие имеющихся новаций и
достижений, переход на новые модели и технологии банковских услуг,
реформирование
и
трансформация
организационных
структур
и
экономических механизмов, должны проводиться с учетом развития и
качественного обновления социальной сферы.
Список литературы
1. Сагинова О.В. Формирование экономики знаний и задачи образования /
О.В. Сагинова // Экономика образования. – 2007. – № 1.
2. Invisible Value: The Case for Measuring and Reporting Intellectual Capital.
2001 – http:// www.industry. gov. аu. рdf.
УДК 330.322:338.486.22:339.137.2
Н.Р. ЛУТФУЛЛИНА
Уфимская государственная академия экономики и сервиса (г. Уфа)
ИНВЕСТИЦИОННАЯ ПРИВЛЕКАТЕЛЬНОСТЬ КАК ВАЖНЫЙ ФАКТОР
ПОВЫШЕНИЯ КОНКУРЕНТОСПОСОБНОСТИ ТУРИСТСКИХ ФИРМ
Современный руководитель туристской фирмы в стратегическом
планировании должен рассматривать инвестиционную привлекательность как
274
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
важный
фактор
повышения
конкурентоспособности.
Поскольку
конкурентоспособность туристской фирмы определяется качеством
туристской продукции и услуг, и ценами, устанавливаемыми продавцами
туристических услуг, то в целом модель оценки конкурентоспособности
можно описать в следующем виде /1/:
Конкурентоспособность = F (Качество продукции / Цена продукции)
Качество туристского обслуживания обеспечивается на основе
следующих параметров: потребительского качества каждой отдельной услуги;
функционального соответствия услуг требованиям рынка; качественной
технологии
предоставления
услуг;
информационного
обеспечения
потребителей; правовой защиты потребителей и т.д.
В области ценообразования предлагаемой продукции (услуг) турфирме
необходимо обладать следующей информацией: динамика объема продаж (в
сравнении с предыдущим периодом); изменение цен конкурентов по
соответствующей группе продукции; сегмент потребителей; динамика затрат
на маркетинг; мнение потенциальных покупателей; количество потерянных
потребителей и т.д.
Все это в совокупности влияет на финансовое состояние турфирм и во
многом определяет, какую стратегию выберет руководство по их
перспективному развитию. Тем более, что значение стратегического
управления, позволяющего туристской фирме выживать в конкурентной
борьбе в долгосрочной перспективе, резко возросло в последнее десятилетие.
При этом особое значение придается финансовой оценке стратегии и
реализующего ее стратегического плана. В связи с этим, одной из самых
актуальных проблем в настоящее время, стоящих перед большинством
туристских отраслей российской экономики, является проблема привлечения
финансовых средств, с целью расширения и диверсификации направлений
деятельности.
Инвестиции являются одним из важных факторов развития туристской
отрасли, так как от их объемов и структуры зависят:
- динамика развития отрасли на долгосрочную перспективу;
- финансово-экономические показатели отрасли в будущем;
- качественные характеристики туристских объектов и организаций в
перспективе;
- пропускные способности, производственные мощности и вместимость
туристских объектов;
- структурная пропорциональность развития смежных отраслей
(взаимоувязка развития средств размещения, транспорта, сетей питания, связи
и т.д.);
- общая конъюнктура туристского спроса и предложения в
территориальном разрезе.
275
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В целом, инвестиции являются важнейшим рычагом, способствующим
развитию и управлению туризмом на уровне регионов и страны в целом.
В настоящее время туризм в республике Башкортостан динамично
развивается, показывая не только высокие темпы роста, но и стремление к
глубоким качественным преобразованиям.
Решение этой проблемы лишь за счет собственных средств организаций,
как показывает мировой опыт, не может обеспечить должного уровня
динамичности развития. Для успешного преодоления всех негативных
моментов в туристской отрасли, в том числе и в республике Башкортостан,
требуются значительные финансовые затраты с привлечением инвестиций, т.е.
туристская отрасль края нуждается во внешних источниках инвестирования. К
ним, как правило, относятся:
- ассигнования из федерального, региональных и местных бюджетов,
различных фондов поддержки предпринимательства, предоставляемые на
безвозмездной основе;
- иностранные инвестиции, предоставляемые в форме финансового или
иного материального и нематериального участия в уставном капитале
совместных предприятий, а также в форме прямых вложений (в денежной
форме) международных организаций и финансовых институтов, государств,
предприятий и организаций различных форм собственности и частных лиц;
- различные формы заемных средств, в том числе кредиты,
предоставляемые государством и фондами поддержки предпринимательства
на возвратной основе (в том числе на льготных условиях), кредиты банков и
других институциональных инвесторов (инвестиционных фондов и компаний,
страховых обществ, пенсионных фондов), других предприятий, а также
векселя и другие средства.
Данные виды инвестирования помогли бы решить следующие задачи:
- строительство и реконструкцию средств размещения, предприятий
общественного питания, предприятий досуга и развлечений, спортивных
сооружений.
- финансирование развития общехозяйственной инфраструктуры и
коммунальных услуг (дороги, аэропорты, связь, музеи, театры и др.).
Средства, вложенные в данные объекты, способствуют развитию не
только туристской отрасли, но и в целом улучшают инфраструктуру
принимающего региона. Также необходимо параллельно решать задачу
подготовки кадров (менеджеров, администраторов и др. обслуживающий
персонал) на уровне, соответствующем международным стандартам.
Все это будет способствовать поддержке и развитию отдыха и туризма,
формированию имиджа Башкортостана и продвижению его на российском и
международном уровнях.
Таким образом, проблема инвестиционной привлекательности, как
важного фактора повышения конкурентоспособности туристских фирм,
276
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
позволяющей поднять туристскую сферу республики Башкортостан на
несколько порядков выше, является актуальной и первоочередной.
Список литературы
1.
Варламова
М.В.
Управленческие
аспекты
формирования
конкурентоспособности туристских организаций на региональном уровне.
Повышение конкурентоспособности предприятий и организаций: сборник
материалов II Международной научно-практической конференции /
М.В. Варламова. – Пенза: РИО ПГСХА, 2003. – С. 53-57.
2. Склярова М.В., Жабина С.Б. Разработка стратегии управления
предприятием как необходимое условие повышения конкурентоспособности
фирмы. Повышение конкурентоспособности предприятий и организаций:
сборник материалов II Международной научно-практической конференции /
М.В. Склярова, С.Б. Жабина. – Пенза: РИО ПГСХА, 2003. – С. 265-268.
277
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
СЕКЦИЯ IV.
Технологии в индустрии дизайна и моды
УДК 391 (09) – 053.6
Г.Х. КАЗБУЛАТОВА
Уфимская государственная академия экономики и сервиса (г. Уфа)
ИНТЕРПРЕТАЦИИ НАРОДНЫХ И ИСТОРИЧЕСКИХ КОСТЮМОВ
В МОЛОДЕЖНОЙ МОДЕ
Специфическая этническая информация не теряет своей ценности и в
наши дни, так как ее эстетико-познавательное значение всегда является
источником нового переживания. Для современного общества характерно
стирание этнических особенностей предметно-бытовой среды, отход от
традиционной обрядности, обычаев и верований. Принадлежность к этносу,
племени, формирование которых происходило в географических
и
национальных границах, позволяла человеку чувствовать себя достаточно
защищенным, избавленным от необходимости одиночного выживания. У
человека все было определено законами коллектива, где было расписано
заранее, как ему поступить. Сейчас все неопределенно, человек волен
поступать как заблагорассудится, но вместе с тем и несет персональную
ответственность за свои действия.
Поэтому молодежная мода, молодежные субкультуры со своими
«племенными» стилями предоставляют растерявшемуся в перегруженном
информацией и различными наборами ценностей обществе молодому
человеку «теплое пристанище».
Активно развивается современное молодежное мировоззрение и подход
к одежде «клабленд» – в переводе с английского клубное место, мир тусовки.
Молодым нравится проводить время на тематических вечеринках в ночных
клубах или действиях-играх типа «Ночной дозор». Темы в клубах постоянно
меняются: можно попеременно быть в стилистически реконструированном
прошлом или будущем. В мире клабленда люди наслаждаются беспорядочным
«путешествием» через все стили одежды и музыки. Одна вечеринка в клубе
может быть посвящена хиппи, следующая готике или техно. Эстетика
компьютерного пространства – неоновые цвета, символика интегральных
схем, различные светящиеся логотипы, знаки отличия. Тщательно готовятся и
проводятся масштабные костюмированные реконструкции исторических
событий. Восстанавливаются интерьеры и предметы быта соответствующих
игре прошлых эпох, важную часть праздника занимают ролевые игры.
Игропорождающая сила заключена в вечном стремлении людей к
личному самоутверждению и самоопределению, к целостности своей личности
за счет поиска новых миров в условиях конечности своего существования.
Появился термин по аналогии с Homo sapiens – Homo ludens – «человек
278
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
играющий». Игра не диктуется необходимостью (свободное действие),
выводит играющего за пределы повседневности (перерыв повседневности),
игра обособлена от неигрового мира, имеет свой хронотип, то есть
пространство-время-семиотику. Игровое сообщество образует свой мир, свои
правила, свои традиции в поведении и внешнем облике.
Ретроспективизм, эстетические симуляции, повторения – пустышки,
механическая компиляция этнической одежды являются и характерной чертой
сегодняшней высокой моды, которая на протяжении нескольких лет
«цитирует» и, в некоторых случаях, даже просто копирует моды прошлых лет.
Еще одной тенденцией в развитии молодежной моды является
использование в несколько ироническом ключе инженерных разработок и
костюмов военных и спецслужб. Способствовали этому и известные фильмы,
и виртуальные компьютерные игры. Костюм рассматривают как инженерное
интеллектуальное сооружение, собираемое роботами из стандартных
унифицированных деталей, со встроенной системой спутниковой связи. Это
средство освобождения от многих ограничений природы. Автоматически
создается температурный и цветовой режим, материалы гарантируют
герметичность и асептичность, возможно создание защитного биополя.
Одежда защищает не только тело, но и «душу» от информационных и других
воздействий агрессивной