- Артикул:00200988
- Автор: Белов Г.В.
- ISBN: 5-94628-214-x
- Обложка: Твердый переплет
- Издательство: Академкнига (все книги издательства)
- Город: Москва
- Страниц: 407
- Год: 2005
Развернуть ▼
Изложены системные методы технологии создания теплоэнергетических аппаратов (ТЭА) разного назначения из перспективных композиционных материалов (композитов). Показано, что создание современных ТЭА -это синтез инновационных технологий получения новых материалов с требуемыми свойствами технологий создания конструкции аппаратов, работающих в экстремальных условиях эксплуатации. Предложены методы создания оптимальных конструкций ТЭА, отражающие принципы разработки технологий двойного применения.
Предназначена для преподавателей и учащихся высших учебных заведений машиностроительного профиля и специалистов, занятых созданием современных ТЭА разного назначения с применением композитов
Введение
Под теплоэнергетическим аппаратом понимают любое техническое устройство, в котором осуществляются сложные процессы генерации, подвода и отвода теплоты и ее преобразование в различные виды энергии. Такие аппараты охватывают огромный класс технических устройств от простейших теплообменных приборов до сложных систем, в которых протекают реакции теплоядерного синтеза. Таким образом, термин "теплоэнергетический аппарат" является обобщающим понятием технического устройства, работоспособность которого определяется вполне определенным комплексом свойств горючего или делящегося вещества, рабочего тела и материалов конструкции.
Абсолютное большинство видов теплоэнергетических аппаратов работают в экстремальных условиях теплового нагружения. Прогресс конструкций таких аппаратов зависит от использования свойств материалов, которые по условиям эксплуатации близки к предельным. В этой связи традиционный метод выбора материалов для проектируемого теплоэнергетического аппарата, основанный на использовании информационно-справочных источников, уже исчерпал свои возможности. При этом любой материал заведомо не обладает необходимым комплексом оптимальных свойств, обеспечивающих работоспособность конструкции аппарата.
Однако, такой материал, в котором свойства, ответственные за показатели работоспособности элементов конструкции, были бы близки к предельным, можно специально создать. В этом и заключается сущность современного технологического подхода к проектированию, конструированию и производству теплоэнергетических аппаратов.
Технология создания теплоэнергетического аппарата - это способы и процесс создания (и применения) его конструкции, связанные с комплексом научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, испытаний, технологической подготовки производства, производством (и эксплуатацией) аппарата. Таким образом, проблема создания технологии теплоэнергетических аппаратов является комплексной. При этом показатели их эффективности и характеристики рабочих процессов в наибольшей мере связаны с рациональным процессом изготовления материалов в виде элементов конструкции аппарата.
Современный подход к выбору материалов при создании теплоэнергетического аппарата заключается в том, что одновременно с исследованием эффективности и работоспособности конструкции аппарата данного назначения осуществляют решение задачи обоснования требуемых свойств материалов и технологии изготовления элементов конструкции из материалов с требуемыми (заранее заданными) свойствами. В этом случае отсутствует отдельная технологическая задача выбора или получения материала вне конкретных требований к конструкции теплоэнергетического аппарата. Необходимо рассматривать технологическую задачу создания элементов конструкции данного аппарата, которая является частью более сложной комплексной задачи создания конструкции аппарата данного назначения с комплексом потребных оптимальных показателей работоспособности.
В связи с конверсией оборонных отраслей промышленности в конце 80-х годов прошлого столетия особое практическое значение стали приобретать методы разработки технологий двойного применения. Суть таких технологий заключается в том, что средства и методы создания конструкций военной техники и вооружений полностью используются при разработке, производстве и эксплуатации техники гражданского назначения. Двойные технологии - это не только ресурсосберегающие технологии, это - основополагающий принцип поддержания динамического равновесия экономической системы "конверсия-реконверсия" в стране. Большинство типов теплоэнергетических аппаратов относятся к продукции конверсионных производств. Технология создания таких аппаратов - это технология двойного применения.
Рассматриваемый подход к решению сложных комплексных проблем на современном этапе развития науки и техники вполне закономерен. Любая из таких проблем вначале решается путем все большего привлечения различных научных специализаций. Однако, всякое познание - процесс творческий, двухсторонний: одна его сторона - анализ, другая - синтез. Равновесие между ними труднодостижимо. Результаты анализа достигаются с помощью специальных знаний. Для синтеза нет пока относительно универсального метода. Именно такова научно-техническая проблема создания конструкции современного теплоэнергетического аппарата из материалов с требуемыми свойствами, когда на основе анализа возможностей многих научных специализаций необходим синтез требуемых результатов при создании и использовании аппарата данного назначения.
Предлагаемый в книге метод решения этой проблемы является, возможно, одним из немногих, опробированных практическими решениями проектно-конструкторских и технологических задач создания конструкций теплоэнергетических аппаратов разного назначения из высокотемпературных композитов. На современном этапе эта проблема в значительной мере становится не столько научной, сколько научно-технической инновационной задачей, хотя и сложной и комплексной по своему содержанию. Она требует специфических, прежде всего, методических, систематизированных подходов к своему решению и практическому использованию результатов.
Успешное решение таких задач в первую очередь зависит от уровня инженерных знаний и способности инженера реализовать их в различных ситуациях: путем использования приближенных аналитических решений и достижением искомого результата с помощью алгоритмов системы автоматизированного проектирования. Поэтому подготовка инженерных кадров, способных овладеть основами теоретических и практических навыков создания конструкции современного теплоэнергетического аппарата из материалов с требуемыми свойствами в едином технологическом цикле от идеи создания аппарата до полного его изъятия из эксплуатации, является одним из приоритетных направлений инновационной и промышленной политики в России.
Процесс создания теплоэнергетического аппарата относят к одному из наиболее сложных видов наукоемких технологий. Предложенный вариант учебника, по-видимому, не лишен недостатков, и в дальнейшем потребуется необходимая его доработка. Тем не менее, рассматриваемая в нем концепция технологии создания теплоэнергетических аппаратов - это, на наш взгляд, наиболее продуктивный вариант подготовки инженерных кадров - специалистов в области создания, производства и эксплуатации современных и перспективных теплоэнергетических аппаратов. Это тот методологический подход, который способствует широкому внедрению ресурсосберегающих технологий и может обеспечить требуемое качество энергетических систем разного назначения и их конкурентоспособность в рыночной экономике.
Надеемся, что этот учебник окажет благотворное влияние на подготовку инженерных кадров столь необходимой специализации.
Научно-технический прогресс в развитии теплоэнергетических аппаратов на современном этапе связан с решением сложной комплексной проблемы создания конструкции из материалов с требуемыми свойствами. Материалы в такой конструкции должны обладать комплексами таких близких к предельным свойств, которые обеспечивают оптимальные значения показателей работоспособности конструкции и гарантируют наибольший технико-экономический эффект при использовании данной конструкции в заданных или прогнозируемы условиях ее эксплуатации.
Материал каждого элемента конструкции теплоэнергетического аппарата должен обладать вполне определенными, заранее заданными свойствами. Причем, сам материал создается непосредственно в процессе изготовления элемента конструкции аппарата. Такой технологический цикл создания конструкции теплоэнергетического аппарата из материалов с требуемыми свойствами характерен при использовании в конструкции композитов. Технологии с использованием композитов - это, прежде всего, инновационные, наукоемкие ресурсосберегающие технологии. В то же время - это единственно возможный технический путь развития современного и перспективного энергетического машиностроения и других отраслей промышленности.
Создание теплоэнергетических аппаратов из материалов с требуемыми свойствами представляют собой сложную комплексную проблему, в которой коренным образом меняются традиционные представления о технологии создания такой продукции машиностроительных производств, какой являются современные теплоэнергетические аппараты. В данном случае такие вопросы, как нормирование трудозатрат, последовательность совершения технологических операций, выбор технологического оснащения и выбор режимов обработки элементов конструкции являются важными, но не определяющими, как это имеет место в классических технологических науках.
Проблема создания теплоэнергетического аппарата из материалов (композитов) с требуемыми свойствами рассматривается в книге как совокупность системы иерархических задач: исследование эффективности и работоспособности теплоэнергетического аппарата; обоснование требуемых свойств материалов; обоснование и разработка технологии изготовления элементов конструкции из материалов с требуемыми свойствами. В такой постановке технологические исследования проводятся на всех этапах жизненного цикла теплоэнергетического аппарата: от идеи создания требуемого заказчику (потребителю) теплоэнергетического аппарата до полного его изъятия из эксплуатации и утилизации.
В соответствии с предложенным методом решения этой проблемы основное содержание книги изложено в соответствующих главах.
Книга написана как учебник для высших технических учебных заведений и имеет целью подготовку специалистов в области разработки новых типов уникальных материалов с требуемыми свойствами и создания современных и перспективных теплоэнергетических аппаратов разного назначения. Создание материалов и элементов конструкции аппарата в едином технологическом цикле - это синтез двух направлений инновационных технологий в современной технике.
В целях практического использования изложенного в книге методического материала авторы сочли необходимым дополнить основное содержание учебника методическим пособием по выполнению курсовых и дипломных проектов.
При написании книги использован опыт многолетней работы авторов в рассматриваемой области науки и техники, она содержит полезные сведения о свойствах перспективных композитов и методах контроля качества теплоэнергетических аппаратов на разных стадиях их жизненного цикла. В ней приводится математический аппарат оптимизации конструкции теплоэнергетических аппаратов, не выходящий за пределы учебных программ высших учебных заведений.
Она предназначена для преподавателей и студентов высших учебных заведений и может быть полезной научным и инженерно-техническим работникам, занятым созданием, производством и эксплуатацией современных энергетических систем, а также занятых созданием и применением композитов в этих системах.
Эта книга является одной из первых в отечественной научной и учебной литературе. Она не претендует на исчерпывающую полноту изложения рассматриваемых вопросов, многие из которых изложены в специальной научно-технической литературе.
Авторы книги с благодарностью примут все замечания и предложения по улучшению ее содержания
Рекомендуем
