6.Способ утилизации горючих отходящих газов, попутных газов и/или биогазов: пат. 2652720 Рос. Федерация: МПК C10B 55/10, C01B 3/34 /Шнайдер, Кристиан, заявитель и патентообладатель BASF SE, LINDE AG,TYUSSENKRUPP INDASTRIAL,SOLYUSHNS AG–

2015129289. заявл. 13.12.13. Опубл. 28.04.18. Бюл. №13.

7.Звягинцева А.В., Чекашев К.В., Федянин В.И. Анализ техногенного загрязнения природной среды Воронежской области /Технологии гражданской безопасности. 2006. Т.

3.№ 2 (10). С. 96-98.

8.Болдырева О.Н., Звягинцева А.В. Регулирование технологического риска по-

средством оптимизации программы технического обслуживания оборудования /Вестник Воронежского государственного технического университета. 2009. Т. 5. № 12. С.

76-78.

9.Чабала Л.И., Звягинцева А.В., Чабала В.А. Экологическая безопасность человека /Вестник Воронежского государственного технического университета. 2010. Т. 6. № 2. С. 100-102.

10.Болдырева О.Н., Звягинцева А.В., Усов Ю.И. Целенаправленное управление экологической безопасностью производств /Вестник Воронежского государственного технического университета. 2004. № 10-1. С. 67-70.

11.Звягинцева А.В., Болдырева О.Н., Усов Ю.И. Построение моделей управления экологическими параметрами технологических процессов / Инженер, технолог, рабочий. Москва, 2004. №12(48). С. 31-33.

12.Звягинцева А.В. Перспективы развития альтернативных источников энергии: водород в металлах и сплавах, полученных методом электрокристаллизации /Вестник Воронежского государственного технического университета. 2016. Т. 12. № 4. С. 97-104.

13.Звягинцева А.В. Гибридные функциональные материалы, формирующие металлические структуры с оптимальной дефектностью для хранения водорода в гидридной

форме / Международный научный журнал Альтернативная энергетика и экология. 2017. № 16-18 (228-230). С. 89-103.

14.Авдюшина А.Е., Звягинцева А.В. Автоматизированная информационная система контроля параметров безопасности тепловых энергоустановок / Информация и безопасность. 2009. Т. 12. № 4. С. 585-592.

15.Федянин В.И., Болдырева О.Н., Звягинцева А.В. Экологическая безопасность производства / Машиностроитель. 2004. № 8. С. 39-41.

16.Способ переработки алюминиевого шлака: пат. РФ №2132398 от 27.06.1999. МПК С22В 7/04, С22В 1/16 / С.Ф. Шмотьев.

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», Воронеж, Россия

A.V. Litvinov, M.K. Kharlamova, K.V. Yachina, B.I. Lukyanenko

PATENT ANALYSIS OF WASTE DISPOSAL IN MODERN METALLURGY.

This paper presents methods of waste disposal in metallurgical production from pelletizing and pelletizing to modern environmentally safe methods of processing biomass, which increase the efficiency of electricity and heat production, which can be successfully applied in the field of energy and ecology.

Keywords: foundry production, ecology, recycling, waste processing, gaseous mixture, energy, methanization.

Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education «Voronezh State Technical

University», Voronezh, Russia

435

УДК 628.357.1

Г.А. Анциферова1, Н.И. Русова2, М.Ю. Хотак1, В.В. Кульнев3

АЛЬГОЛИЗАЦИЯ КАК МЕТОД ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА

(НА ПРИМЕРЕ БАЛАНДИНСКОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРУДА г. ЧЕЛЯБИНСК)

Промышленные стоки Челябинского металлургического комбината поступают в Баландинский технологический пруд, после чего воды частично вновь используются в промышленном производстве. В конечном итоге после реабилитации в пруде-отстойнике воды поступают в р. Миасс. С 2020 года сточные воды не только отстаиваются, но также участвуют в процессе самоочищения вод, основанном на использовании метода альголизации водоема с помощью зеленой микроводоросли рода хлорелла. Для контроля экологического качества вод применяется метода биоиндикации по сообществам фитопланктона и микрофитобентоса. В результате получены данные об улучшении состояния экологического качества вод.

Ключевые слова: альголизация, биоиндикация, поверхностные воды, пруд-отстойник, микроводоросли, трансформация водных экосистем, урбанизация, фитопланктон, цианобактерии, экологическое состояние.

Для очистки промышленных стоков Челябинского металлургического комбината (ЧМК) используется Баландинский технологический пруд. После отстоя воды частично вновь поступают в металлургическое производство ЧМК, что сокращает объем забора воды из р. Миасс. Но в конечном итоге сбросы поступают в р. Миасс [1-10].

В2020 году на ЧМК производственные стоки, поступающие в технологический пруд, не только отстаиваются, но в настоящее время в нем также запущен механизм самоочищения вод. Самоочищение вод основано на использовании современной системы биологической реабилитации вод методом альголизации на основе штамма микроводоросли ChlorellavulgarisBIN. Данный метод, который запатентован Н.И. Богдановым в 2007 году, используется достаточно широко и показывает положительные результаты как в восстановлении эколого-биологического качества вод, так и в поддержании этого качества [1, 2, 4-8].

Процесс альголизации контролируется изучением таксономического и экологического состава сообществ фитопланктона, представленного микроводорослями и цианобактериями. Пробы отбирались в четырех пунктах, а именно в местах сброса промышленных стоков в Баландинский пруд (№ 1), сброса в р. Черная (№ 2), забора технической воды (№ 3) и при впадении р. Черная в р. Миасс (№ 4). Вселение 2/3 объема штамма микроводоросли хлорелла осуществляет в районе расположения точки № 1, и 1/3 объема вводится «по линии», расположенной между точками №№ 2 и 3. В результате происходит распространение хлореллы по всей акватории пруда [9, 10].

Всоставе доминируют цианобактерии и зеленые микроводоросли, диатомовые являются субдоминантами. Развитие микроводорослей и цианобактерий во многом определяется качеством вод, под его влиянием формируется состав сообществ фитопланктона. При этом некоторые виды микроводорослей и цианобактерий активно участвуют в переработке органики и других загрязняющих веществ. Среди зеленых микроводорослей с оценками обилия, достигающими значений «очень часто» и «в массе», повсеместно распространен олигосапробный вид ElacothrixgelatinosaWille. При впадении р. Черная в р. Миасс в пробе № 4с оценкой обилия «нередко», наряду с ним наблюдается вид-катароб SphaerocystisschroeteriChod., характерный для вод, содержащих остаточный хлор. Вид Stigeocloniumtenue (Ag.) Kütz. с оценкой обилия «очень часто» встречен в ноябре месяце в пробе № 2.

Среди зеленых микроводорослей повсеместно распространены виды

ScenedesmusarcuatusLemm. и Scenedesmusobliquus (Turp.) Kütz. с оценками обилия «часто», «очень часто» и «в массе», оценки обилия «единично» имеют виды Scenedesmusacuminatum (Lagerh.) Chod., Scenedesmus denticulatus Lagerh., атакже Volvox aureus Ehr. и Volvox globator (L.) Ehr.

436

Вид зеленой микроводоросли рода хлорелла наблюдается с оценками обилия «редко», «нередко» и «часто». Хлорелла обычно имеет колонии, представленные несколько деформированными, как бы смятыми клетками, размер которых примерно в 2 раза меньше обычно наблюдаемых в водоемах, где проводится альголизация. В пробе № 3 «Водозабор технической воды», отобранной в ноябре месяце, хлорелла наблюдалась в процессе своей активной деятельности, когда колонии располагаются внутри и в окружении черных хлопьев перерабатываемого ею органического вещства, в том числе нефтепродуктов.

Содержания нефтепродуктов, прослеженные в течение времени альголизации вод савгуста по декабрь месяцы, последовательно уменьшаются от 0,052–0,056 мг/дм3 до 0,032–0,035 мг/дм3, что ниже как фоновых значений, так и предельно-допустимой концентрации данного экотоксиканта для водоемов рыбохозяйственного назначения [8]. Сказанное в полной мере можно отнести и к фенолам.

Обращает на себя внимание повсеместное развитие в составе цианобактерий видов загряненных местообитаний, таких как OstillatoriagranulateKütz., OstillatoriaputridaAg., OstillatoriasimplicissimaGom., PhormidiumfoveolarumOomont, Phormidiummolle (Kütz.) Gom. и др у- гих, имеющих оценки обилия от «единично – нередко» до «часто» и «очень часто». Диатомовые водоросли имеют оценки обилия «единично» и «редко» Среди них виды наблюдаются

CyclotellacomensisHust., Aulacoseiraitalica (Ehr.) Sim., Aulacoseiraitalicavar. tenuissima (Grun.) Sim., FragilariacapucinaDesm., Synedraulna (Nitzsch.) Ehr., NitzschiaheuflerianaGrun., NitzschialineariisW. Sm. и некоторые другие.

В составе эвгленовых водорослей с оценками обилия от «единично – нередко» до «часто» наблюдается виды EuglenapolymorphaDang., а также Euglenaterricola (Dang.) Lemm.,

характерные для вод с повышенным органическим загрязнением. Золотистые водоросли представлены видом SynurapeterseniiKorsch. и желтозеленые водоросли видом OphiocytiumcochleareA. Br., которые имеют оценки обилия «единично». Пирофитовая водоросль загрязненных вод CryptomonasovataEhr. распространена повсеместно с оценкой обилия «нередко» и в пробе № 2 – «единично».

Повсеместное распространение таких видов цианобактерий как AphanothececlatrataW. Et G.S. West, Aphanothecestagnina (Spreng.) B.-Peters. et Geitl., а также Rhabdoderma lineare Schmidle et Laut. emend. Hollerb., имеющих оценки обилия «очень часто» и «часто» связано с высокой интенсивностью процессов переработки загрязняющих веществ в водоеме.

Значения средней численности и средней биомассы невысокие. Их значения свидетельствуют, что процессы переработки загрязняющих веществ осуществляются интенсивно. В течение августа–ноября они близки, составляют 0,87–0,99 и 1,00–1,02 млн. кл./л и 0,81–1,93 и 2,05–2,66 мг/л соответственно. В декабре их значения становятся еще меньшими – 0,10–0,36 млн. кл./л и 0,17–0,61 мг/л, за исключением пробы № 3 – 0,96 и 1,64 соответственно. Показатели средней численности (млн. кл./л) и средней биомассы (мг/л) приведены в табл. 1.

Оценка класса качества вод проводится на основе показателей индекса сапробности Пантле-Букка в модификации В. Сладечека. Исследование проб фитопланктона Баландинского пруда в 2020 году показало следующее (табл. 2).

По качеству воды в августе, судя по значениям индексов сапробности, которые точкам отбора проб №№ 1, 3 и 4 составляют от 1,64–1,76. Они соответствуют III классу – «Удовлетворительной чистоты» при разряде качества 3а «Достаточно чистые» и в пробе № 2 увеличивается до 2,07 – это III класс вод «Удовлетворительной чистоты» при разряде качества 3б «Слабо загрязненные».

437

Таблица 1

Средние значения численности и биомассы фитопланктона Баландинского пруда (Август / сентябрь / октябрь / ноябрь / декабрь месяцы 2020 года)

Таблица 2

Параметры индекса сапробности Пантле-Букка в модификации В. Сладечека, определяющие класс и разряд качества вод Баландинского пруда

(Август / сентябрь / октябрь / ноябрь /декабрь месяцы 2020 года)

438

Таблица 3 Индексы сапробности по водоему Баландинского пруда по месяцам 2020 года

Экосистема Баландинского пруда в течение вегетационного сезона 2020 года в условиях проведения альголизации в соответствии с прослеженными изменениями качества вод, относимого к III классу «Удовлетворительной чистоты» при разряде качества вод 3а и 3б, и к IV классу «Загрязненные» при разряде качества вод 4а «Умеренно загрязненные». Лишь в ноябре месяце, судя по качеству вод в точке отбора пробы № 1 при сбросе стоков в пруд, зафиксирован уровень пороговой стадии. В ноябре месяцеводы относятся к IV классу «Сильно загрязненные». В данном случае по степени кризисности экосистема находится на пороговой стадии кризисности обратимые ↔ необратимые изменения. Но изучение сообществ фитопланктона на основе опробования в декабре месяце показало, что индекс сапробности в пробе № 1 понизился с 3,18 до 2,04, то есть до III класса – воды «Удовлетворительной чистоты»

439

при разряде качества 3б «Слабо загрязненные». То есть, экосистема вновь перешла на стадию обратимых изменений.

Об интенсивности процессов самоочищения вод, в результате которых их экологическое состояние поддерживается на достаточно благополучном уровне, свидетельствует расположение средней линии сапробности. Она располагается в зоне олиготрофных вод в августе при впадении р. Черная в р. Миасс (проба № 4) она перемешается в зону более чистых ксеносапробных вод. Смещение средней линии сапробности в зону бетамезосапробных вод наблюдается в сентябре (проба 4) и в октябре при сбросе стоков в р. Черная (проба № 2).

Обращает на себя внимание также тот факт, что в целом одновременно с сохранением в течение вегетационного сезона III класса качества вод, в составе сообществ цианобактерий происходит уменьшение оценок обилия видов загрязненных местообитаний, по сравнению с их распространением в фитопланктоне июля (до начала альголизации Баландинского пруда). Среди них наблюдаются виды, являющиеся продуцентами цианотоксинов. Это позволяет сделать вывод, что в экосистеме Баландинского пруда четко проявляется положительный эффект альголизации вод.

Альголизация является активно внедряемым методом, который используется с целью реабилитации загрязненных и грязных поверхностных вод, в том числе и сточных.

Выводы.

1.Показано, что метод биологической реабилитации позволяет улучшить показатели предельно-допустимых концентраций различных химических веществ и параметров водной среды, к которым относят рН, растворенный кислород, железо общее, марганец, триада азота, БПК, ХПК и другие.

2.Состоятельность метода подтверждается и на примере Баландинского пруда, поскольку качество сбросов по гидрохимическим показателям стало лучше, чем в реке.

3.Положительные результаты альголизации сточных вод подтверждены таксономическим составом фитопланктона, который сформировался в 2020 году.

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 20-05-00779.

Литература

1.Анциферова Г.А. Искусственные водные объекты бассейна реки Воронеж и альгобиотехнология в управлении качеством вод / Г.А. Анциферова, В.В. Кульнев, С.Л. Шевырев, Е.В. Беспалова, Н.И. Русова, А.Е. Скосарь // Экология и промышленность России. Москва. 2018. Т. 22. №8. С. 50-54.

2.Анциферова Г.А., Когаров В.В. Формирование экологического качества вод очистных сооружений сахарного производства в условиях альголизации // Региональные эколого-географические исследования. Воронеж: Изд-во «Цифровая полиграфия». 2020. C. 23-28.

3.Баринова С.С., Медведева Л.А., Анисимова О.В. Эколого-географические характеристики водорослей-индикаторов // Водоросли-индикаторы в оценке качеств окружающей среды. Москва. Изд-во ВНИИ Природы. 2000. 150 с.

4.Богданов Н.И. Биологическая реабилитация водоемов / Н.И. Богданов. Пенза.

2008. 137 с.

5.Богданов Н.И. Пат. 2192459 Российская Федерация. Штамм микроводоросли ChlorellavulgarisBIN для получения биомассы и очистки сточных вод Н.И. Богданов. Заявитель и патентообладатель Н.И. Богданов. Бюлл. № 31. 2002.

6.Кульнев В.В. Моделирование и анализ процесса альголизации технологического водоема Новолипецкого металлургического комбината на основе мультифрактальной динамики / В.В. Кульнев, Г.А. Анциферова, А.Н. Насонов, И.В. Цветков, А.Л. Суздалева, М.В. Графкина // Экология и промышленность России. Москва. 2019. Т. 23. № 10. С. 66-71.

440

7.Кульнев В.В., Ступин В.И., Борзенков А.А. Биологическая реабилитация сточных вод сахарных заводов методом коррекции альгоценоза / В.В. Кульнев, В.И. Ступин, А.А. Борзенков // Экология и промышленность России. Москва. 2017. Т. 21. № 3. С. 16-20.

8.Приказ Министерства сельского хозяйства Российской Федерации от 13.12.2016 №552 «Об утверждении нормативов качества воды водных объектов рыбохозяйственного значения, в том числе нормативов предельно допустимых концентраций вредных веществ в водах водных объектов рыбохозяйственного значения». Интернет-ресурс: http://docs.cntd.ru/document/420389120 / (Дата обращения 26.01.2021).

9.Интернет-ресурс: https://pchela.news/news/detail/12677 (Дата обращения

26.12.2020).

10.Интернет-ресурс: chel.mk.ru>social/2020/10/06/chmkprudyotstoenik / Дата обращения 03.01.2021.

1ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Воронеж, Россия 2ФГОУ «Военный институт (Военно-морской политехнический институт) ФГКВОУ ВПО «Военный учебно-научный центр ВМФ «Военно-морская академия имени Н.Г. Кузнецова», Санкт-Петербург, Россия

3Центрально-Черноземное межрегиональное управление Федеральной службы по надзору в сфере природопользования, Воронеж, Россия

G.A. Antsiferova1, N.I. Rusova2, M.Y. Hotak1, V.V. Kulnev3

ALGOLIZATION AS A METHOD FOR PURIFICATION OF WASTE WATER FROM

METALLURGICAL PRODUCTION

(ON THE EXAMPLE OF BALANDA TECHNOLOGICAL POND IN CHELYABINSK)

Industrial effluents from the Chelyabinsk Metallurgical Plant enter the Balandinsky Technological Pond, after which the water is partially reused in industrial production. Ultimately, after rehabilitation in a settling pond, water flows into the river. Miass. Since 2020, wastewater not only settles, but also participates in the process of self-purification of waters, based on the use of the method of algolization of the reservoir using the green microalga of the genus Chlorella. To control the ecological quality of waters, the method of bioindication by phytoplankton and microphytobenthos communities is used. As a result, data were obtained on the improvement of the state of the ecological quality of waters.

Keywords: algolization, bioindication, surface waters, settling pond, microalgae, transformation of aquatic ecosystems, urbanization, phytoplankton, cyanobacteria, ecological state.

1Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education «Voronezh State University»,

Voronezh, Russia

2Federal State Educational Institution «Military Institute (Naval Polytechnic Institute) Federal state owned military educational institution Higher Professional Education «Military Training and Research Center of the Navy «N.G. Kuznetsov Naval Academy»», Saint-Petersburg, Russia 3Central Black Earth Interregional Department of the Federal Service for Supervision of Natural Resources, Voronezh, Russia

441

УДК 606:628.4.043

А.А. Чугайнова

АНАЛИЗ КОМПОНЕНТНОГО СОСТАВА ЭЛЕКТРОННЫХ ОТХОДОВ С ЦЕЛЬЮ ИЗВЛЕЧЕНИЯ МЕТАЛЛОВ (НА ПРИМЕРЕ ЭКРАНОВ МОБИЛЬНЫХ ТЕЛЕФОНОВ)

В работе представлены объемы образования и классификация электронных отходов. Проведен качественный и количественный анализ по содержанию в электронных отходах металлов на примере экранов мобильных телефонов. На основании лабораторных данных доказано содержание редких и редкоземельных металлов в составе экранов мобильных телефонов.

Ключевые слова: редкоземельные металлы, электронные отходы, экраны, компонентный состав экранов мобильных телефонов.

Быстроразвивающийся мир техники и технологий приводит к образованию значительного количества электронных отходов, вследствие этого увеличивается нагрузка на окружающую среду и возникает необходимость разработки экологически безопасных способов обезвреживания и утилизации данных отходов [1]. На основании того, что состав электронных отходов представлен более чем на 50 % металлами, которые обладают токсическими свойствами, в связи с этим необходимо подобрать методы их обезвреживания (исключить опасные свойства металлов) или утилизации (извлечение и использование полученных металлов). При производстве электронной продукции используются достаточно редкие и дорогостоящие элементы, содержание которых в природной среде очень мало, что делает их еще более значимыми. В связи с этим поиск эффективных методов извлечения металлов из электронных отходов является актуальной задачей, но для того чтобы определить наиболее подходящие способы обработки электронных отходов необходимо проанализировать компонентный и количественный состав исследуемого отхода.

Сложность поиска методов обезвреживания или утилизации электронных отходов заключается в том, что понятие электронные отходы включает в себя несколько категорий отходов (рис. 1).

Рис. 1. Классификация электронных отходов [2]

Каждая категория электронных отходов различается по структуре, объему и источнику образования, компонентному и количественному составу, в связи с этим необходимо рассматривать каждую категорию по отдельности и подбирать подходящий метод обезвреживания или утилизации. На основании этого был проведен литературный обзор методов обезвреживания электронных отходов по категориям, и была выбрана категория малогабаритное

442

оборудование IT, а име нно мобильные телефоны, так как обезвреживание данного компонента электронных отходов является малоизученным.

Электронные отходы в виде мобильных телефонов относятся к проблеме современного мира, это связано с развитием рыночной экономики, вследствие этого произошло сокращение срока службы мобильного телефона и соответственно увеличение объемов образования отработанных мобильных телефонов [3].

Отработанные мобильные телефоны являются не только отходом, размещение которого в окружающей среде оказывает негативную нагрузку на объекты природной среды и здоровье человека, но также является источником редких и дорогостоящих металлов.

Мобильный телефон представляет собой сложную систему, состоящую из различных компонентов, такие как батареи, электроника, спикеры и микрофоны, экраны, микрочипы, которые имеют собственный качественный и количественный состав (рис. 2).

Металлы в мобильном телефоне

Рис. 2. Используемые металлы при производстве мобильных телефонов [4]

На сегодняшний день известны технологии извлечения металлов из следующих компонентов мобильного телефона: из электроники и из батарей/аккумуляторов [5-7]. Малоизученным компонентом мобильных телефонов являются экраны, в состав которых входят редкие и редкоземельные металлы, но для того чтобы подобрать метод утилизации экранов необходимо провести их качественный и количественный анализ.

С целью оценки возможности извлечения металлов из электронных отходов на примере экранов мобильных телефонов был проведен анализ компонентного состава данного отхода.

Для исследования был отобран 1 килограмм экранов мобильных телефонов, который подвергался ручному разбору, в ходе которого были обнаружены фракции, представленные на рис. 3.

443

Рис. 4 (окончание). Результаты анализа на содержание металлов при помощи портативного анализатора

Первичный анализ на содержание металлов в экранах мобильных телефонов показал, что в данных фракциях экрана содержатся такие металлы как титан, барий, железо, хром и другие. В связи с тем, что в данных фракциях не содержатся редкие и дорогостоящие металлы, они были изъяты из дальнейшего исследования. Исследование продолжилось с дисплеями. На основании проведенного анализа была составлена схема качественного и количественного потоков экранов мобильных телефонов (рис. 5).

445

Рис. 5. Схема компонентного потока элементов экранов мобильных телефонов

Схема компонентного потока элементов экранов мобильных телефонов строилась при помощи программного обеспечения STAN. Потоки элементов представлены в граммах. Извлечение металлов из экранов мобильных телефонов производится из 325 грамм пробы, остальные 675 граммы являются второстепенной фракцией, и изымаются из исследования.

Выводы.

1.Анализ компонентного состава позволил оценить возможность извлечения металлов из экранов мобильных телефонов.

2.В ходе исследования было доказано, что извлечение металлов из экранов мобильных телефонов рационально проводить только из дисплеев, остальные фракции являются второстепенными и изымаются из дальнейшего исследования по подбору методов извлечения металлов из экранов мобильных телефонов.

Литература

1.Forti V., Baldé C.P., Kuehr R., Bel G. The Global E-waste Monitor 2020: Quantities, flows and the circular economy potential. United Nations University (UNU)/United Nations Institute for Training and Research (UNITAR) – co-hosted SCYCLE Programme, International Telecommunication Union (ITU) & International Solid Waste Association (ISWA), Bonn/Geneva/Rotterdam.

2.Директива WEEE 2012/19/EU об отходах электрического и электронного оборудования - The Waste Electrical and Electronic Equipment Directive.

3.Smartphone Woes Continue with Worldwide Shipments Down 4.9 % in the Holiday Quarter Capping off the Worst Year Ever, According to Worldwide Quarterly Mobile Phone Tracker (IDC). Электрон. дан. 2019. Режим доступа: https://www.idc.com/getdoc. jsp?containerId=prUS44826119, свободный. Загл. с экрана.

4.Гофман В.Р., Попов А.А. К вопросу об управлении отходами потребления электронной техники в системе экологического менеджмента в Российской Федерации // Вестник Южно-уральского государственного университета. Серия: Химия: Изд-во Южно-Уральский государственный университет (Национальный исследовательский университет). Челябинск, 2010. № 11. С. 44-51.

5.Термическая переработка отходов электронной промышленности / О.П. Акаев, А. Войнаровская, С. Желязный, В. Жуковский // Вестник Костромского государственного университета им. Н.А. Некрасова. 2012. Т. 18. №2. С. 8-10.

6.ИТС 9-2015 Обезвреживание отходов термическим способом (сжигание отходов), Дата введения 01.07.2016 г.

446

7. Пат 2502813 Российская Федерация. МПК C22B7/00, C22B11/00, C22B25/06, C22B3/04. Способ переработки отходов электронной и электротехнической промышленности / Эрисов А.Г., Бочкарёв В.М., Сысоев Ю.М., Бучихин Е.П.; заявитель и патентообладатель Общество с ограниченной ответственностью «Компания «ОРИЯ»; заявл. 22.05.2012; опубл.

27.12.2013.

ФГБОУ ВО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет», Пермь, Россия

A.A. Chugainova

ANALYSIS OF THE COMPONENT COMPOSITION OF ELECTRONIC WASTE FOR THE PURPOSE OF METAL RECOVERY (ON THE EXAMPLE OF MOBILE PHONE SCREENS)

The paper presents the volume of generation and classification of e-waste. A qualitative and quantitative analysis of the content of metals in electronic waste was carried out using the example of mobile phone screens. Based on laboratory data, the content of rare and rare earth metals in the composition of mobile phone screens has been proven.

Keywords: rare earth metals, electronic waste, screens, component composition of mobile phone screens.

Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education «Perm National Research

Polytechnic University», Perm, Russia

447

СЕКЦИЯ 4

ВОПРОСЫ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ПРИМЕНЕНИИ ФИЗИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ, СПЕЦИАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ И НАНОТЕХНОЛОГИЙ.

ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ И АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

448

УДК 536.1

С.А. Баранов1, 2

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МИКРОПРОВОДА ДЛЯ КОНТРОЛЯ БЕЗОПАСНОСТИ

Предложено использование зависимости частоты естественного ферромагнитного резонанса от механических напряжений в аморфных магнитных микро- и нанопроводов, чтобы проводить отдаленную диагностику опасных деформаций и напряжений для критических объектов инфраструктуры. Микропроводпредполагаетсяразмещать на их поверхности во время строительства или иным способом. Эти структуры будут периодически сканироваться радаром в области частот, близких к частотам ферромагнитного резонанса. Присутствие опасных деформаций и напряжений будет определяться благодаря изменениям частоты ЕФМР.

Ключевые слова: естественный ферромагнитный резонанс, остаточные и механические напряжения, магнитострикция, аморфнй микро- и нанопровод в стеклянной оболочке.

Технология производства литого аморфного микро- и нанопровода в стеклянной оболочке (ЛАМНСО), изготовленного методом Тейлора-Улитовского представлена, например, в [1-3]. Явление естественного ферромагнитного резонанса (ЕФМР) литых микро- и нанопроводов в стеклянной оболочке (или стеклянной изоляции) с магнитной жилой (ЛАМНСО [3-6]) в последнее время стало привлекать исследователей и инженеров с точки зрения использования для бесконтактной диагностики деформации удаленных объектов.

Это возможно, благодаря так называемому стресс-эффекту (СЭ) в ЕФМР, то есть и з- менению частоты ЕФМР при деформации контролируемого объекта и, соответственно, механически связанного с ним магнитной жилы микро- и нанопровода (ЛАМНСО). Такое изменение частоты ЕФМР может быть обнаружено при помощи высокочастотного приема отраженного сигнала радаром вблизи частоты ЕФМР по его отклонения от первоначального значения.

Как известно, большая доля разрушений и последующих жертв при землетрясениях происходит как при первичных, так и при повторных толчках земной коры, даже более сл а- бых, чем первичные колебания. Также постоянные длительные, хотя и относительно слабые неблагоприятные воздействия на бетонные сооружения, и композиционные материалы (например, в авиации) приводят к их деформациям и напряжениям, которые накапливаясь, становятся опасным. Все это приводит к необходимости длительного контроля.

Предлагаемое здесь дистанционное тестирование позволит осуществлять контроль указанных опасных деформаций и напряжений. Это могут быть объекты инфраструктуры, а именно: мосты, плотины, дамбы, башни ветреных генераторов, высотные дома и трубы тепловых электростанций, набережные. Диагностика применима также и к перемещающимся объектам: это автомобили, самолеты, дроны, ракеты и тому подобное. Всем им могут грозить разрушения вследствие природных, или техногенных, а также и технологических катаклизмов (включая повторные или долговременные воздействия напряжений и деформаций). В настоящее время в России на данную тему, а именно, возможной реализации предлагаемого метода контроля не опубликовано никаких достоверных исследований.

Хотя исследования микропровода области ЕФМР в мировой науке были уже достаточно известными (например, [3-6]). Для оценки реализации способа контроля безопасности выполнены следующие исследования.

В работе исследованы изменения частоты естественного ферромагнитного резонанса (ЕФМР), которые определяются по изменению поглощения электромагнитной волны на объекте с ЛАМНСО.

Эти эффекты возникают от приложенных внешних механических напряжений. Экспериментально исследовано поглощение композитных материалов в виде экранов со встроенными отрезками из ЛАМНСО. Выполнены и теоретические исследования, которые показали, что значительная доля поглощения может быть отнесена и к геометрическому резонансу [3, 4]. Наибольший эффект ожидается также для нанопроводов, когда радиус жилы соизмерим с толщиной скин-слоя.

449

В научной литературе уже существуют исследования по использованию гигантского магнитного импеданса (ГМИ), например, [7] для измерений подобных стресс эффектов. Однако использование эффекта ГМИ не технологично и здесь рассматриваться не будет.

Технология производства микропровода

Известно, что ЛАМНСО изготовляется методом Тейлора-Улитовского ([1-3] и рис. 1). Напомним, что для изготовления ЛАМНСО металлический сплав (в форме тонкого прутка) помещается в стеклянную трубку, благодаря тому, что он разогревается до плавления стекла, а потом и металла в высокочастотном индукторе, рис. 1. Часть стеклянной трубки, прилегающая к расплавленному металлу, размягчается, обволакивая металлическую каплю. Из капли вытягивают капилляр, заполняемый жидким металлом из сплава. Металл образует жилу микропровода, а стенки капилляра из силикатного стекла – ее стеклянную оболочку (которая часто служит и изоляцией). В зависимости от состава металлической капли (которая расположена в расплавленном состоянии в микрованне из силикатного стекла) и от скорости литья ЛАМНСО, структура жилы микро- и нанопровода может быть моноили поликристаллической, аморфной и нанокристаллической (причем, возможно совмещение этих структур в жиле).

Рис. 1. Процесс литья ЛАМНСО [1-5]. Обозначение: 1. Стеклянная трубка;

2.Капля металла; 3. Индуктор для разогрева капли металла в диапазоне КГц.;

4.Вода или масло для закалки ЛАМНСО; 5. Микро- и нанопровод со стеклянным покрытием – называемый ЛАМНСО; 6. Вращающаяся катушка для приема ЛАМНСО

Остаточные и наведенные напряжения в жиле ЛАМНСО.

Любой микропровод (микропровод фирмы «Унитика» [2], ЛАМНСО [1-4] или микропровод, полученный с помощью других технологий), который получается непосредственно из жидкой фазы металла, находится в напряженном состоянии [2, 3].

Приведем простейшее решение задачи расчета остаточных напряжений для ЛАМНСО, которое уже рассматривалось, например, в [3].

Формулы для радиальной – σr(0), тангенциальной – σ,φ(0) и осевой – σz(0) компоненты напряжений имеют вид [3]:

450

αi – коэффициенты термического расширения (КТР) металла (i = 1) и стекла (i = 2); T*– температура застывания композита в области контакта металла и стекла (T*~800–1000 K);

T – температура, при которой проводится эксперимент; Rm – радиус металлической жилы микропровода (dm = 2Rm ); Rс – внешний радиус стеклянной оболочки микропровода (Dс= 2Rс).

Ei – модули Юнга (металла (i = 1) и стекла (i = 2)).

Для упрощения приведенных формул коэффициенты Пуассона для стекла и металла взяты ~ 1/3. Согласно (1) наибольшим напряжением является продольное напряжение:

σz(0) ~ (2÷3)P,

то есть: σz(0) > σr,φ(0) , а максимум величины P определится как:

P → 0,5σm 109 Пa.

При дополнительной продольной деформации, имеющей место в случае, когда микропровод внедрен в твердую матрицу, которая сама деформируется под действием внешних воздействий, в выражение для остаточного осевого натяжения в металлической жиле добавляется член:

где Р0 - это приложенная сила к композиту и, соответственно, к жиле микропровода, Sm = πRm2 - площадь сечения жилы микропровода; k - отношение модуля Юнга оболочки к модулю Юнга микропровода; x –отношение площади оболочки к площади микропровода (1).

Многофункциональный поглощающий экран на основе микропровода из:

Теория НФМР представлена в работах [3-6]. Для ферромагнитного металлического цилиндра (с малым радиусом Rm), находящегося в ЛАМНСО, глубина скин-слоя определяется:

В случае ЛАМНСО относительная высокочастотная магнитная проницаемость может

достигать величины µ ~ 103 в диапазоне частот ω ~ (9 ... 10) ГГц; в этом случае δ уменьшается до (1 ... 2) µм. Известно [3-5], что если Rm > δ, то общее выражение для частоты ферромагнитного резонанса (ФМР или для ЕФМР) ω равно:

где Ms - намагничивание насыщенности и γ-гиромагнитное отношение [3]. Область анизотропии оценивается, как:

Hk ~3 λσ/Ms,

451

где λ - постоянная магнитострикция, и σ- механические напряжения. Для частоты ФМР и ЕФМР можно получить:

где ωo(GHz) ≈1,5(106 λ) 12

Рис. 2. Частотные зависимости поглощения для образцов композитов с отрезками ЛАМНСО (технология приготовления и измерения образов приведена в [2- 4], а магнитные СВЧ свойства в [3-5])

Здесь представлены нами следующие результаты измерений:

1 – Кривая поглощения композита, содержащего отрезки ЛАМНСО для СВЧ частот

в пределах от (10 … 12) ГГц для Fe68C4B16Si10Mn2 (где x ~ 3-5).

2 - Кривая поглощения для СВЧ излучения для данного материала в случае внешнего давления.

Приведены (полученные нами ранее [3-5]) простые аналитические выражения для остаточных напряжений в металлической жиле микро- и нанопровода. Эти остаточные напряжения зависят, например: от отношения внешнего радиуса микро- и нанопровода к радиусу металлической жилы, от отношения модулей Юнга стекла и металла, и от разности коэффициентов термического расширения стекла и металла. Общая теория остаточных напряжений (например, [3]) показывает, что остаточные напряжения увеличиваются на поверхности металлической жилы. Это согласуется с изученными нами экспериментальными данными (например, [3]).

Выводы.

1.При изготовлении ЛАМНСО методом Тейлора-Улитовского возникают остаточные напряжения, максимальные значения которых достигаются на поверхности металлической жилы [3-5] в отличие от прежних теорий [2, 7].

2.Для ЛАМНСО частота ЕФМР зависит от остаточных напряжений и приложенных внешних механических напряжений. Явление ЕФМР, которое открыто нами в ЛАМНСО [3- 5], позволяет создавать новые материалы, работающие в области СВЧ с широким диапазоном частот.

452

3.Существенное свойство ЕФМР в ЛАМНСО характеризуется тем, что в ЛАМНСО существует стресс-эффект (СЭ). Этот СЭ может быть использован для бесконтактной диагностики деформаций в отдаленных объектах.

4.Эти объекты будут периодически сканироваться радаром (с плавающей частотой), чтобы определять отклоненияот начальной частоты NFMR. Таким способом можно отследить потенциально опасные деформации и напряжения у этих исследуемых объектов.

Литература

1.Taylor, G.F. Phys. Rev. 1924. 23. Pp. 655-658.

2.Vázquez M. Soft magnetic wires // Physica B: Condensed Matter. 2001. 299 (3-4).

Pp. 302-313.

3.Baranov, S.A. An engineering review about microwire / Lambert. Academic publishing. 2017. Pp. 1- 42.

4.Baranov, S.A. Tech. Phys. Lett. 1998. 24. Pp. 549-550.

5.Baranov, S.A. J. Commun Techn.Electron. 2003. 48 2. P. 226.

6.Kraus, L. Czech. J. Phys. 1982. 32. Pp. 1264-1282.

7.Nematov, M.G. Journal of Magnetism and Magnetic Materials / M.G Nematov, A.M. Adam, L.V. Paninaa and other. 2019. 474. Pp. 296–300.

1Институт прикладной физики Академия наук Молдовы, Кишинев, Молдова 2Приднестровский государственный университет имени Т.Г. Шевченко (ПГУ имени Т.Г. Шевченко), Тирасполь, Приднестровкая Молдавская Республика

S.A. Baranov 1, 2

USING A MICRO-PIPELINE FOR SECURITY CONTROL

The use of the dependence of the frequency of natural ferromagnetic resonance on the mechanical stresses of amorphous magnetic microand nanowires is proposed in order to conduct remote diagnostics of dangerous deformations and stresses for critical infrastructure facilities. The micro-conduit is supposed to be placed on their surface during construction or otherwise. These structures will be periodically scanned by radar in the frequency range close to the frequency of ferromagnetic resonance. The presence of dangerous deformations and stresses will be determined due to changes in the EFMR frequency.

Keywords: natural ferromagnetic resonance, residual and mechanical stresses, magnetostriction, amorphous microand nanowire in a glass shell.

1Institute of Applied Physics Academy of Sciences of Moldova, Chisinau, Moldova 2T.G. Shevchenko Pridnestrovian State University (T.G. Shevchenko PSU), Tiraspol, Pridnestrovian Moldavian Republic

453

УДК 519.711.3:623.746.5

О.Н. Болдырева, Н.В. Рогов

ПОВЫШЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РЕМОНТЕ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА

Встатье рассмотрены вопросыповреждаемости и технологии соединения композитных деталей на основе клеемеханического соединения авиационной техники. Проанализированы основные особенности технологии ремонта элементов конструкции летательного аппарата. Для ремонтаэлементов конструкции из композиционных материалов предложен ремонт помощью радиальной клепки, обеспечивающейсоединение с минимальным натягом.

Ключевые слова: воздушное судно, композиционный материал,клепка, клеемеханическое соединение

Внастоящее время продолжается интенсивное внедрение в конструкции летательного

аппарата (ЛА) композиционных материалов. Композиционные материалы не уступают по своим характеристикам традиционным материалам, а по удельным характеристикам значительно превосходят их, поэтому композиты широко используются в элементах конструкций в отечественном и зарубежном авиастроении (рис. 1) [1-11]. Современные композиционные материалы позволяют значительно уменьшить массу конструкций летательного аппарата, а также задать необходимые характеристики материала в зависимости от их применения при проектировании деталей [9, 10]. При циклическом нагружении у композиционных материалов наблюдается высокая усталостная прочность [2].

Рис. 1. Доля композиционных материалов в конструкции летательного аппарата

Несмотря на несомненные преимущества, при использовании таких материалов возникает и ряд проблем [8]. Они связаны с недостаточной проработкой вопросов повреждаемости и ремонта [9, 10]. В частности, например:

1.Оценка ресурса элементов конструкции из композиционных материалов воздушного судна при комплексном воздействии климатических факторов.

2.Воздействие солнечной радиации и теплового излучения.

3.Поражение молнией элементов конструкции воздушного судна.

4.Ударостойкость при попадании посторонних предметов в элементы конструкции планера из композиционных материалов [7].

5.Воздействие морской среды.

454

6. Акустическая усталость элементов конструкции воздушного судна из композиционных материалов.

Если для многих материалов эти проблемы в значительной степени решены, то для композиционных материалов они остаются под вопросом. Это связано с особенностью структуры и поведения композиционных материалов. Много применяются в промышленности различные виды армирующих материалов и наполнителей смолы. Каждый слой состоит из однонаправленных волокон, определяющих направления слоя, и матрицы, обеспечивающей особенную жесткость слоя.

Для определения упругих характеристик многослойного композиционного материала необходимо знать структуру расположения волокон и их ориентацию, а также свойства наполнителя и связующего [3].

Конструкция любого агрегата летательного аппарата представляет собой совокупность соединенных между собой деталей, и, как свидетельствует статистика, надежность ее функционирования в большинстве случаев определяется качеством соединений, проблема конструирования и расчета которых всегда занимает особое место в процессе создания воздушного судна.

По характеру напряженно-деформированного состояния все типы соединений можно разделить на два класса. Первый класс – когда поле напряжений в соединяемых деталях не претерпевает изменений при переходе через соединительный элемент, а второй – когда имеют место значительные изменения полей напряжений и деформаций в зоне соединения по сравнению с регулярными (удаленными) участками деталей [4]. С точки зрения сформированных требований, первый класс соединений является более предпочтительным. Для композиционных материалов его реализация возможна путем склеивания встык скошенных на «ус» деталей. Однако реализация такого стыка вызывает значительные технологические трудности, и, поэтому клеевое соединение практически не используется в высоконагруженных конструкциях.

Способы соединения деталей из композиционных материалов в конструкциях второго класса, когда нагрузки концентрируются или в силовых точках (на болтах, заклепках), или на определенных поверхностях, через которые усилия переходят на другую деталь (нахлесточное клеевое соединение), легче реализуемы на практике и поэтому наиболее широко сейчас используются.

Несущая способность соединений, передающих усилия через силовые точки (крепежные элементы), определяется прочностью композиционных материалов на смятие и на продольный срез по плоскости, перпендикулярной поверхности детали. Масса такого соединения прямо пропорциональна длине нахлеста и уменьшается при увеличении количества плоскостей среза за счет установки крепежных элементов меньшего диаметра.

Уменьшение диаметра приводит к увеличению предела прочности композиционных материалов на смятие. Кроме того, необходимо учитывать и благоприятные условия работы композиционных материалов в зоне соединения с крепежными элементами, так как усилия с волокон передаются кратчайшим путем без значительного перераспределения напряжений по деталям.

Для повышения несущей способности соединений эффективным способом является прошивка клеевого шва по кромкам. Хорошие результаты дает использование крепежных элементов малого диаметра, которые повышают несущую способность, как клеевой прослойки, так и композиционных материалов на межслойный сдвиг [5]. Из всех выше рассмотренных соединений перспективным остается клеемеханический.

Из анализа повреждаемости элементов конструкций летательного аппарата, выполненных из композиционных материалов, характерна чрезвычайно низкая вязкость разрушения, вызванная в основном ударным воздействием внешних посторонних предм е- тов. Основными видами эксплуатационных повреждений являются: трещины, пробоины и расслоения; у боевых повреждений: пробоины с трещинами, направленными в основном вдоль укладки волокон. Размеры повреждений зависят от многих факторов. При разр у-

455

шении в конструкциях летательного аппарата происходят разрыв отдельных волокон, разрушение по матрице и их сочетание. При разрушении армирующего элемента происходит перераспределение напряжений, и тем самым повреждение становиться меньше, и, поэтому при длительном циклическом нагружении прочность композиционных материалов практически не снижается.

При выборе способов ремонта следует учитывать вид повреждения, толщину поврежденного композиционного материала, условия эксплуатации воздушного судна (температура и влажность окружающей среды), нагрузки, действующие на поврежденный элемент конструкции [7], и самое главное – располагаемое время для ремонта. При этом обязательно отремонтированный элемент конструкции должен обеспечивать: прочность, равную исходной прочности, аэродинамические характеристики и минимальные экономические затраты.

Ремонт элементов конструкций летательного аппарата сквозными трещинами и пробоинами производится с помощью механических накладок, клеевых соединений, с использованием препрега и клеемеханических соединений (рис. 2) [6].

Рис. 2. Способы ремонта элементов конструкции летательного аппарата 1 – панель; 2 – накладка; 3 – заклепки; 4 – клей; 5 – вставка; 6 – болт; 7 – слои препрега

На рис. 2 видно, что ремонт с использованием внешней накладки на обработанную поврежденную поверхность приводит к увеличению толщины исходной поверхности, а также к увеличению веса элемента конструкции планера. При ремонте с использованием заклепок необходимо просверлить отверстия под заклепку с наименьшими остаточными напряжениями, которые влияют на дальнейшее соединения деталей.

Процесс клепки включает: подбор и введение заклепок в отверстия; установку специальных шайб; осадку стержня заклепки для получения замыкающей головки; контроль качества клепального соединения.

При использовании ударного и прессового методов клепки могут произойти значительная деформация стержня в зоне отверстия, разрушение материала соединяемых деталей, а при клепке тонкостенных деталей – его выкручивание. Наиболее перспективным соединением композиционных материалов является орбитальный метод клепки (разновидность метода клепки раскатыванием).

Преимуществом орбитального метода клепки является наименьшее осевое усилие расклепывания, что позволяет снизить нагрузку на соединяемые детали из композиционных материалов. При орбитальном методе замыкающая головка образуется за счет плавного равномерного вращения Пуассона [11].

Выводы.

456

1.Исследования соединения композиционных материалов показали, что использование орбитального метода клепки приводит к уменьшению в 6…9 раз усилий, прилагаемых для осадки по сравнению с прессовым методом клепки.

2.Продолжительность орбитального метода клепки в зависимости от размера и формы головки составляет примерно 0,5…2,0 с.

3.Использование орбитального метода клепки позволяет получить соединение с минимальным натягом, следовательно, полученное соединения обеспечивает более высокую прочность, выносливость и долговечность соединения материала. При таком обжатии микроструктура материала заклепки не меняется, форма головки получается правильной.

Литература

1.Фейгенбаум, Ю.М., Бутушин, С.В., Божевалов, Д.Г., Соколов, Ю.С. Композиционные материалы и история их внедрения в авиационные конструкции / Научный Вестник ГосНИИ ГА. 2015. № 7(318). С. 24–37.

2.Алексеев А.В., Бударагин Н.В. Ремонт сотовых клееных конструкций из алюминиевых сплавов и полимерных композиционных материалов / М.: Наука, 2006. 348 с.

3.Борисенко А.В. Композиционные материалы: учебное пособие для техн. спец. вузов / М.: Высш. шк. Москва, 1999. 175 с.

4.Фудзии Т., Дзако М. Механика разрушения композиционных материалов / М: Мир,

1982. 233 с.

5.Васильев В.В. Механика конструкций из композиционных материалов / М.: Машиностроение, 1988. 240 с.

6.Алесковский С.Л., Щеглов С.И. Ремонт конструкций клепкой: учебное пособие / Иркутск: ИВВАИУ, 2007. 240 с.

7.Авдюшина А.Е., Звягинцева А.В. Анализ статистики столкновений воздушных судов с птицами за 2002-2012 годы и современные средства обеспечения орнитологической безопасности полётов /Гелиогеофизические исследования. 2014. № 9. С. 65-77.

8.Звягинцева А.В., Чекашев К.В., Федянин В.И. Анализ техногенного загрязнения природной среды Воронежской области /Технологии гражданской безопасности. 2006. Т. 3.

№2 (10). С. 96-98.

9.Болдырева О.Н., Звягинцева А.В. Регулирование технологического риска посредством оптимизации программы технического обслуживания оборудования /Вестник Воронежского государственного технического университета. 2009. Т. 5. № 12. С. 76-78.

10.Болдырева О.Н., Звягинцева А.В., Усов Ю.И. Целенаправленное управление экологической безопасностью производств /Вестник Воронежского государственного технического университета. 2004. № 10-1. С. 67-70.

11.Аверичкин П.А. Композиционные материалы в авиационных силовых установках / Ярославль: ЯГТУ, 1997. 199 с.

ФГКВОУ ВПО «Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина», Воронеж, Россия

O.N. Boldyreva, N.V. Rogov

IMPROVING SAFETY AT REPAIR OF ELEMENTS OF AIRCRAFT CONSTRUCTIONS

The article deals with the issue of damage and the technology of joining composite parts based on the adhesive mechanical connection of aviation equipment. The main features of the technology of repair of the elements of the aircraft structure are analyzed. For the repair of structural elements made of composite materials proposed repair using radial rivet, providing connections with minimal tension.

Keywords: aircraft, composite material, riveting, adhesive-mechanical compound.

Federal State Official Military Educational Institution of Higher Professional Education Military Educational Research Centre of Air Force «Air Force Academy named after professor

N.E. Zhukovsky and Yu.A. Gagarin», Voronezh, Russia

457

УДК 621.7. 4

А.А. Бурков, М.А. Кулик, П.Г. Чигрин САМОСМАЗЫВАЮЩИЕСЯ Ti-Al/MoS2 ПОКРЫТИЯ НА СПЛАВЕ ВТ6

Антифрикционные слои на титановом сплаве Ti6Al4V могут быть получены путем создания развитой структуры смазочных карманов с последующим нанесением сухих самосмазывающихся веществ. Покрытия из алюминидов титана с регулярной сетью трещин толщиной 0,77 ± 0,3 мкм, получали электроискровой обработкой сплава Ti6Al4V в эквимолярной смеси гранул титана и алюминия. Травление покрытия в растворах HF значительно увеличило ширину трещин от 2,2 до 4,8 мкм. В результате гидротермального синтеза на поверхности образцов образовался слой дисульфида молибдена, состоящий из сферических частиц диаметром 3,09 ± 0,63 мкм. По данным микроанализа и картирования был сделан вывод, что трещины TiAl покрытий также заполнены MoS2. Результаты триботехнических испытаний показали, что гидротермальное осаждение MoS2 на TiAl покрытия снижает их коэффициент трения до 0,29, а скорость износа - в 5,4 раза.

Ключевые слова: сплав Ti6Al4V, покрытие, электроискровое легирование, алюминиды титана, гидротермальный синтез, дисульфид молибдена, износостойкость.

Отличительной чертой титановых сплавов считается феноменальное комбинирование незначительной плотности, рекордной добротности и долговечности, коррозионной устойчивости во всеобъемлющем охвате температур функционирования [1]. Обозначенная совокупность свойств обуславливает их крайне необходимыми материалами в аэрокосмической индустрии для ряда изделий [2].

Однако относительно низкая твердость, высокая вязкость и обусловленное этим плохое трибологическое поведение являются препятствием для использования титановых сплавов в качестве деталей, подверженных трению [3].

Усовершенствование триботехнических показателей сплава Ti6Al4V, вернее всего думается, обеспечивается посредством созидания антикоррозионных слоев с завышенной твердостью [4], кроме этого, включением легирующих смазочных компонентов в структуру периферического слоя для обеспечения функционирования на трение [5].

Наиболее широко используемыми надежным соединением среди сухих смазок является дисульфид молибдена, который устойчив при высоких температурах.

Для реализации антифрикционных покрытий на металлической подложке необходимо сформировать рыхлую шероховатую поверхность с большой площадью для адгезии со смазочными карманами, для ее насыщения в данном случае MoS2.

Шероховатую поверхность сплава Ti6Al4V можно реализовать рядом процедур:

1.Лазерное и абразивное текстурирование;

2.Создание керамического оксидного слоя с губчатостью.

Керамический базовый слой ZrO2, например, в [6] изготовляли процедурами плазменного напыления. Поры керамического слоя пропитывали MoS2 по гидротермальной технологии. Особенность данной технологии, это то, что MoS2 создавался напрямую в порах из маточной жидкости, с целью создания условий и возможностей для реализации наполняемости и сохранения и задержания данных частиц в порах сплава Ti6Al4V. Как и в любой технологии существуют определенные затруднения и осложнения, прежде всего это связано с адгезией слоя керамики и металла, а также генерацией абразивных керамических компонентов при протекании трения. Алюминиды титана зачастую используются в качестве материала покрытий на титановых сплавах, поскольку обладают хорошей адгезией к титану, более высокой твердостью и износостойкостью [7]. При нанесении интерметаллидных Ti-Al покрытий методом электроразрядного осаждения (ЭИЛ) можно сформировать поверхность с регулярной сетью микротрещин [8] выступающих в качестве смазочных карманов. При ЭИЛ происходит взаимное сплавление осаждаемого материала с подложкой в условиях воздействия микродуговых электрических разрядов [9]. Это приводит к формированию металлургической связи Ti-Al покрытия c титановым сплавом и как следствие обеспечивает их высокую взаимную адгезию. Дополнительное травление в плавиковой кислоте призвано увеличить

458

смазочную емкость Ti-Al покрытий перед нанесением MoS2. Поэтому цель настоящей работы заключалась в исследовании композитных покрытий, полученных методом электроискровой обработки титанового сплава Ti6Al4V в эквимолярной смеси титановых и алюминиевых гранул с последующим травлением и гидротермальным нанесением MoS2.

Для этого были приготовлены гранулы из стержней алюминиевого сплава 1188 (табл. 1) и титанового сплава ERTi-1 диаметром 4 ± 0,5 мм, путем их нарезания на отрезки длиной 4±1 мм. Массовая доля алюминиевого и титанового сплавов в смеси гранул рассчитывалась таким образом, чтобы атомарное соотношение Al к Ti было 1:1, с учетом данных по составу сплавов 1188 и ERTi-1. Покрытия осаждали на подложки в форме цилиндров диаметром 12 мм и высотой 10 мм из сплава Ti6Al4V с помощью установки, схема которой подробно описана в работе [9]. На осциллограмме импульсы разрядов тока (110 А) и напряжения (30 В) имели прямоугольную форму. Длительность импульсов составляла 200 мкс, со скважностью 80 %. Время нанесения Ti-Al покрытия составляло 8 мин. Для предупреждения азотирования и окисления поверхности образцов в рабочий объем контейнера подавали аргон со скоростью 10 л/мин.

Таблица 1

Химический состав используемых сплавов

цедуре, описанной в [10]. Для этого шаблоны фиксировались в автоклаве для гидротермального синтеза из стали AISI 304 с фторопластовым вкладышем и наполнялась смесью растворенных в H2O 2 вес. % Na2MoO4 и 3.5 вес. % CH4N2S. Извлечение воздуха достигалось кипячением шаблонов при τ = 10 минут при раскрытом автоклаве. Режим синтеза: t = 220 оС; τ = 60 часов. Далее опять полоскание в H2O и сушка при условии: t = 90 оС на воздухе.

Фазовый состав диагностировали при содействии рентгеновского дифрактометра ДРОН-7 в Cu -Kα излучении. Элементный состав и структуру диагностировали при содействии растрового электронного микроскопа (СЭМ) Sigma 300 VP, укомплектованного энергодисперсионным анализатором INCA Energy. Рамановская микроспектроскопия реализовывалась на спектрометре InVia Reflex (Renishow, UK), совмещённым с микроскопом Leika DM2500 Germany. Параметры зонда: лазер 532 нм, мощность на выходе 5 мВт при 2000 повторах. Рельефное строение наружного слоя диагностировалось путем приложения обеспечения Image-Pro 6.0 по СЭМ изображениям при увеличении 500Х. Скорость износа и коэффициент трения фиксировались на триботехническом стенде по схеме «Pin-on-Disk», согласно процедуре ASTM G99 при сухом трении скольжения, с приложением контртела - диска из стали М45 (65HRC) на скорости 0.47 мс-1 при нагрузке 25 Н.Величину износа устанавливали гравиметрией с точностью 0.1 мг. Коэффициент трения диагностирован в ходе процесса износа с приложением бесконтактного динамического датчика момента вращения М 40-50.

Результаты рентгенофазового анализа покрытия, осажденного с использованием Ti и Al гранул, показаны на рис. 1. В структуре покрытия заметно преобладание фазы Ti3Al. Вместе с ней наблюдаются интерметаллиды TiAl, TiAl3 и Ti2Al. Одновременное присутствие

459

алюминидов богатых титаном (Ti3Al) и богатых алюминием (TiAl3) указывает на то, что ф а- зовое равновесие на всех участках покрытия не наступило. Это объясняется коротким временем существования разряда (10-4 с) и высокой скоростью охлаждения материала после его завершения (105–107 K/с). В таких условиях конвективные механизмы перемешивания титана с алюминием преобладали над диффузионными процессами.

Рис. 1. Рентгеновская дифрактограмма интерметаллидного покрытия

Микрорельеф покрытия, полученного электроискровой обработкой в среде гранул, на поверхности титановой подложки показан на рис. 2а. Следствием градиента температур после окончания разряда на поверхность покрытия, реализуются условия деформации под действием напряжений и на ней создаются трещинки масштабом соразмерным с элементами микроструктуры, проиллюстрированные на рис. 2 в виде сетки паутинок [11]. При быстром остывании материала возникают растягивающие напряжения в покрытии, вследствие разности скоростей сжатия покрытия и сплава Ti6Al4V, вызванной различиями коэффициентов теплового расширения (КTР). Согласно литературным данным КТР интерметаллидов титанаалюминия значительно выше, чем у титана [12]. Соответственно, при охлаждении покрытия с точки плавления его сжатие происходит более интенсивно, чем у сплава. Таким образом, возникают растягивающие напряжения в покрытии на участке от центра к периферии области воздействия разряда. В результате этого образуются концентрические трещины на краю эрозионной лунки (рис. 2б).

Рис. 2. СЭМ–изображения поверхности Ti-Al покрытия: а) общий вид; б): электроэрозионный след разряда: 1) центр области воздействия разряда; 2) концентрические трещины

460

В работе [13] сделано предположение, что трещины от первого слоя осажденного материала служат ядрами трещин для материала, перенесенного последующими разрядами. Таким образом, трещины от последнего разряда продолжаются в систему трещин от предыдущих разрядов, формируя достаточно регулярную сеть трещин на поверхности покрытия. Трещины могут распространяться вглубь покрытия до границы с подложкой (рис. 3).

Рис. 3. СЭМ-изображение поперечного сечения Ti-Al покрытия

По данным статистической обработки СЭМ изображений, средняя ширина трещин на поверхности покрытия составляла 0.78±0.4 мкм. При этом степень текстурирования поверхности покрытия составляла всего 2,2±0,35 %. Для ее повышения проводилось травление образцов в растворах HF. Как видно на рис. 4а травление в 0,3 % растворе удаляло материал покрытия, значительно увеличив ширину трещин до 2,2±0.7 мкм. Как показано на рис. 4b при травлении практически не затрагивается материал титановой подложки. При этом трещины приобретают конусовидную форму в плоскости поперечного сечения покрытия. С ростом концентрации HF в растворе с 0,3 до 1 wt. % средняя ширина трещин на поверхности покрытия увеличилась с 2,2 до 4,8 мкм (рис. 4с).

Рис. 4. СЭМ-изображения поверхности (a) и поперечного сечения (b) покрытия TiAl после травления в 0,5 % -ном растворе HF и зависимость ширины трещин на поверхности

от концентрации HF (c)

В процессе гидротермальной обработки масса образцов увеличилась в среднем на 21±11 мг в результате сформирования на их поверхности слоя сине-фиолетового цвета. Рент-

461

генофазовый анализ поверхности TiAl покрытия после травления в 0,5 % растворе HF показал преобладание дисульфида молибдена в покрытии (рис. 5а). Стоит отметить, что рентгеновский спектр не проникал сквозь гидротермальный слой, и поэтому рентгеновский спектр не содержит рефлексов Ti-Al интерметаллидов титана. Спектры комбинационного рассеяния,

собранные из этого слоя, имеют пики около 382 и 408 см−1, которые соответствуют 21 и A1g

моды MoS2 (рис. 5b). Асимметричный пик, центрированный на 446 см-1, состоит из двух пиков, то есть фононного пика второго порядка 2LA(M) и оптического фононного пика первого порядка A2u в MoS2 [14]. СЭМ исследования поверхности гидротермального слоя MoS2 показали, что он представлен частицами сферической формы (рис. 5c). Их средний диаметр составляет 3,09±0,63 мкм. Морфология поверхности микросферы представлена множеством ультратонких нанолепестков (рис. 5d).

Рис. 5. Рентгеновская дифрактограмма (a), Рамановский спектр (b) и СЭМ изображения поверхности TiAl/MoS2 покрытия при увеличениях: 1000х c) и 15000х d)

Элементное картирование сечения покрытия после гидротермального синтеза показано на рис. 6. Он показывает совпадение максимумов молибдена и серы, а также их одновременное присутствие в трещинах. Экспериментальная фиксация позволяет констатировать, вследствие гидротермального синтеза трещины и пустоты заполнялись MoS2. Поскольку размер микросфер MoS2 был больше, чем размер отдельных элементов трещины в Ti-Al покрытии то можно предположить, что формирование частиц MoS2 происходило непосредственно внутри трещины.

462

Рис. 6. Картирование участка TiAl/MoS2 покрытия

На рис. 7а показаны результаты трибологических испытаний TiAl-MoS2 покрытий без нанесения меди. Средний коэффициент трения TiAl покрытия без МоS2 напротив, был более высоким (0,97) чем у сплава Gr5 (0,77) несмотря, на самый высокий уровень шума, на кривой трения последнего. Травление TiAl покрытия с последующим гидротермальным нанесением MoS2 снизило его коэффициент трения примерно в три раза. Так, коэффициент трения для покрытий с MoS2 находился в диапазоне 0.29-0.39. К тому же уровень шума в случае образцов c сухой смазкой был ниже по сравнению с исходным TiAl покрытием.

Результаты испытания покрытий на истирание в режиме отсутствия смазки относительно стали М45 при нагрузке 25 Н показаны на рис. 7b. Зависимость скорости износа TiAlMoS2 от концентрации HF в растворе травителя в первом приближении имело вид параболы с минимумом у образца, травленного в 0,5 % растворе HF. Его скорость износа составляла 2,7×10-5 мм3/Нм, что меньше чем у исходного покрытия TiAl и сплава Ti6Al4V в 2.2 и 5.5 раз, соответственно. Такое снижение скорости износа объясняется увеличением емкости смазочных карманов за счет расширения трещин при травлении в растворе HF. Однако при повышении концентрации травителя выше 0,5 % скорость износа покрытий повышалась, что может быть связано с ухудшением качества смазочных карманов. Так высокая скорость износа образца 1HF при низком коэффициенте трения объясняется интенсивным выделением смазывающегося слоя из покрытия из-за слишком широких полостей, образовавшихся при травлении. Более высокая скорость износа данного образца по сравнению с исходным TiAl покрытием может объясняться удалением интерметаллидного компонента и чрезмерным утонением покрытия. Таким образом, оптимальная концентрация раствора травителя состав-

463

ляет 0,5 % HF, поскольку при ней наблюдается наибольшая износостойкость и один из самых низких коэффициент трения.

Рис. 7. Влияние концентрации HF при травлении образцов с последующим гидротермальным нанесением MoS2 на коэффициент трения и износ покрытий относительно сплава Gr5

и исходного ESDTiAl покрытия

Рис. 8. СЭМ изображения поверхности покрытия TiAl/MoS2 (а) и его ЭДС анализ соответствующих образцов (b). Пунктирный прямоугольник указывает область сканирования

Рис. 8 показывает следы износа на поверхности покрытий. Поверхность всех образцов выглядит гладкой, хотя присутствуют трещины и изломы (рис. 8 a). Результаты ЭДС анализа, показали, что поверхность покрытия, в месте сопряжения с контртелом, состоит из дисульфида молибдена (рис. 8 b). Учитывая, что исходная поверхность ЭИЛ TiAl покрытия имела шероховатость Ra = 3.9±0.8 µm [20], можно предположить, что в процессе износа, гидротермальный слой MoS2 заполнял все неровности, сглаживая поверхность. Участки оголенного металла не были обнаружены на изношенной поверхности обоих образцов. Таким образом,

464

самосмазывающее действие гидротермального слоя выражается в равномерном распределении MoS2 между трущимися металлическими поверхностями в качестве третьего тела износа.

Выводы.

1.Электроразрядная обработка титанового сплава Ti6Al4V в эквимолярной смеси гранул титана и алюминия позволяет формировать интерметалидные покрытия TiAl с непрерывной сетью трещин толщиной 0,77±0,3 мкм и степенью текстурирования на поверхности покрытия 2,2±0,35 %.

2.Травление покрытия в растворе плавиковой кислоты значительно увеличивает ширину трещины. При увеличении концентрации HF в растворе от 0,3 до 1 мас. % средняя ширина трещины на поверхности покрытия увеличивалась с 2,2 до 4,8 мкм. В этом случае трещины приобретают коническую форму в плоскости поперечного сечения покрытия. Травление происходит от поверхности покрытия через трещины к титановой подложке.

3.В процессе гидротермальной обработки образцов на их поверхности образовался слой темно-синего цвета, представленный сферическими частицами со средним диаметром 3,09 ± 0,63 мкм. Рентгенофазовый и Рамановский анализ показали преобладание дисульфида молибдена в этом слое. Данные картирования, показывают, что в результате гидротермальной обработки протравленные трещины были заполнены MoS2.

4.Травление покрытия TiAl с последующим гидротермальным осаждением MoS2 снизило коэффициент трения до 0,29-0,39 с исходных 0,97. Минимальный коэффициент трения

искорость износа показал образец, протравленный в 0,5% растворе HF. Скорость его износа составила 2,7×10-5 мм3/Нм, и соответственно в 2,2 и 5,5 раза минимизируется в сравнении с исходным TiAl покрытием и сплавом Ti6Al4V. Это объясняется увеличением емкости смазочных карманов за счет расширения трещин при HF травлении.

Благодарности Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (проект №. 19-73-

00031).

Литература

1.An Q., Huang L.J., Jiao Y., Bao Y, Zhong B., Geng L. Intergrowth microstructure and superior wear resistance of (TiB+TiC)/Ti64 hybrid coatings by gas tungsten arc cladding // Mater. Des. 2019. Vol. 162. P. 34-44.

2.Cuddihy M.A., Stapleton A., Williams S., Dunne F.P.E. On cold dwells facet fatigue in titanium alloy aero-engine components // Inter. J. Fatigue. 2017. Vol. 97. P. 177-189.

3.Ezugwu E.O., da Silva R.B., Bonney J., Machado Á.R. The effect of argonenriched environment in high-speed machining of titanium alloy // Tribol. Trans. 2005. Vol. 48. P.18-23.

4.Li X., Tang B., Pan J., Liu D., Xu Z.. Mater J. Sci. Technol. 2003. 19. 291 p.

5.Wang, Y.M., Jiang, B.L., Lei, T.Q., Guo, L.X. Microarc oxidation and spraying graphite duplex coating formed on titanium alloy for antifriction purpose / Applied Surface Science. 2005. 246(1-3). P. 214-221.

6.Deng W., Zhao X., Ana Y., Hao E., Lia S., Zhou H., Chen J. Improvement of tribological properties of as-sprayed 8YSZ coatings by in-situ synthesis C/MoS2 composite lubricant / Tribology International. 2018. Vol. 128. P. 260-270.

7.Gizynski M., Miyazaki S., Sienkiewicz J., Kuroda S., Araki H., Murakami H., Pakiela Z., Yumoto A. Formation and subsequent phase evolution of metastable Ti-Al alloy coatings by kinetic spraying of gas atomized powders // Surface and Coatings Technology. 2017. Vol.

315.P. 240-249.

8.Burkov A.A., Chigrin P.G. Synthesis of Ti-Al intermetallic coatings via electrospark deposition in a mixture of Ti and Al granules technique // Surface and Coatings Technology. 2020. Vol. 387. № 125550. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2020.125550.

465

9.Verkhoturov A.D., Murzin L.M. Mechanism of the electrical erosion of composite materials during electrospark alloying // Soviet Powder Metallurgy and Metal Ceramics. 1973. Vol.

12.P. 680–683.

10.Li S., Zhao X., An Y., Liu D. Zhou H., Chen J. YSZ/MoS2 self-lubricating coating fabricated by thermal spraying and hydrothermal reaction // Ceramics International. 2018. Vol. 44. P. 17864-17872. DOI: 10.1016/j.ceramint.2018.06.258.

11.Zhang J., Zhu L., Sun A., Gu X., Influence of laser shock processing on properties of SiCp / Cu composite weld crack restored by electro-spark overlaying // Transactions of the China Welding Institution. 2009. Vol. 30(12). P. 17-20.

12.Holec D., Abdoshahi N., Mayer S., Clemens H. Thermal Expansion and Other Thermodynamic Properties of α2-Ti3Al and γ-TiAl Intermetallic Phases from First Principles Methods // Materials (Basel). 2019. Vol. 12. P.1292.

13.Chen Z., Zhou Y. Surface modification of resistance welding electrode by electrospark deposited composite coatings: Part I. / Coating characterization, Surf. Coat. Technol. 2006. 201(3-4). P. 1503-1510.

14.Frey G.L., Tenne R., Matthews M.J., Dresselhaus M.S., Dresselhaus G. /Phys. Rev. B 1999. 60. P. 2883.

ФГБУН «Институт материаловедения Хабаровского научного центра Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИМ ХНЦ ДВО РАН), Хабаровск, Россия

A.A. Burkov, M.A. Kulik, P.G. Chigrin

SELF-LUBRICATING Ti-Al / MoS2 COATINGS ON VT6 ALLOY

Anti-friction layers on Ti6Al4V titanium alloy can be obtained by creating a developed structure of lubricating pockets, followed by the application of dry self-lubricating substances. Coatings made of titanium aluminides with a regular network of cracks with a thickness of 0.77 ± 0.3 microns were obtained by electric spark treatment of Ti6Al4V alloy in an equimolar mixture of titanium and aluminum granules. Etching of the coating in HF solutions significantly increased the crack width from 2.2 to 4.8 microns. As a result of hydrothermal synthesis, a layer of molybdenum disulfide consisting of spherical particles with a diameter of 3.09 ± 0.63 microns was formed on the surface of the samples. According to the microanalysis and mapping data, it was concluded that the cracks of the TiAl coatings are also filled with MoS2. The results of tribotechnical tests showed that hydrothermal deposition of MoS2 on TiAl coatings reduces their coefficient of friction to 0.29, and the wear rate-by 5.4 times.

Keywords: Ti6Al4V alloy, coating, electric spark alloying, titanium aluminides, hydrothermal synthesis, molybdenum disulfide, wear resistance.

Federal State Budgetary Institution of Science «Institute of Materials Science of the Khabarovsk Scientific Center of the Far Eastern Branch of the Russian Academy of Science», Khabarovsk, Russia

466

УДК 620.92

O.M. Gommershtadt1,2

DEFINING SOLAR POWER PLANT LOCATION IN YAKUTIA USING GIS ANALYSIS

This paper represents the preliminary results of research based on spatial analysis of the territory of Yakutia in order to define the most appropriate locations for solar power plants. Yakutia region is characterized with waste areas and remote settlements with low population, so the problems with electricity supply can occur sometimes. Now there are up to 20 solar power plants in Yakutia that provide energy for some small remote settlements and it is the only way for them to have electricity supplies. Despite its harsh climate conditions, permafrost and huge areas, solar power plants can be used there. In this research, some factors affecting the perspective are considered, such as terrain characteristics (slope, aspect), distance to the nearest settlement, also annual summary solar radiation.

Keywords: solar energy, solar power plants, alternative sources of energy, GIS analysis, spatial analysis, Yakutia.

1. Introduction.

Yakutia is the largest administrative unit in the world. However, the population of such big unit is not high at all; there are less than a million people for the area of more than 3 million square km. Also, one of the main features of Yakutia is its climate, which is characterized as extremely cold winters with quite hot summers. Climate conditions lead to lack of energy for heating systems in some remote settlements. Also, waste areas do not allow people to create big power plants for several settlements at one time. So, there is a need in small power plants that would help people and provide electricity.

For now, energy system of Yakutia includes 6 big thermal power plans, 2 hydropower plants, 2 wind power plants, 21 solar power plans and more than 200 small diesel power plants [1- 7]. The diesel ones are extremely expensive and have a negative impact on the environment. Such plants are used so widely because it is considered as the only way to have an electricity supply in some remote settlements. Solar power plants can be considered as one of the most perspective alternatives [1, 3, 5, 6]. The existing solar power plants are location in various remote settlements; the map can be seen on the fig. 1.

Fig. 1. Settlements with solar power plants (yellow) and other settlements (gray) in Yakutia

However, what areas in Yakutia can be considered as appropriate for solar power plants locations? The aim if the research is to define appropriate locations using GIS analysis. The tasks are:

1.To define the main factors defining solar power plants locations in Yakutia.

2.To obtain initial data.

467

3.To create data processing methodology and describe it to process initial data.

4.To extract the settlements that has the highest potential of solar power plants location.

2. Materials and Methods.

Solar power plants can be located in places that fit the following conditions [2, 4]:

1.The place is located near settlement.

2.It should be located on the gentle slope (less than 5 degrees).

3.It should be located on the south slope.

4.It should be located in places with high solar radiation index.

Fig. 2. Workflow process

As initial data, the terrain models from Russian geological institute were used. Also, the OSM spatial data (boundaries, settlements) was obtained. Using QGIS 3.14, the spatial analysis may be made. The processing workflow is shown on fig. 2. In the research, various tools were used (Buffer, Difference, and Vectorization). Aspect raster is based in digital elevation model (DEM) and shows the aspect of each pixel of the raster; it has numbers from 0 to 360 meaning the azimuth. For selecting only south slopes the condition 240 < pixel_value < 300 was used. Slope raster is based on DEM too, and it shows the measurements of steepness of each pixel. Solar panels can be located only on slopes that are not steep. Consequently, values less than 5 degrees were extracted from this raster.

Aspect and slope rasterswere created using tools «aspect» and «slope» in QGIS. For creating raster showing annual solar radiation, ArcMap 10.6 tool «Solar area» was used. It builds a raster that is based on DEM and it considers the temporal characteristics. For this raster, the whole 2020 year was chosen for calculations. This raster values are then converted into percentages from the maximum values so that it would be possible to make qualitative assessment of the perspective. So, the annual solar radiation values were turned into points from 1 to 100 according to percentage. For this analysis, only places where this value is more than 85 would be considered (it means that the 15

%from the whole territory of Yakutia where the biggest value of solar radiation is measured).

3.Results and discussion.

468

As one of the preliminary results, it is possible to extract part of digital elevation model that is located in the southern gentle slope. It can be seen on fig. 3. It is easy to notice that appropriate areas are widely located throughout Yakutia. Most of them are found in the southern part, but there are some areas on the far north, even on the Novosibir islands. However, these results do not consider solar radiation. After adding solar radiation raster and its gradation, it was possible to select only areas where the highest solar radiation values are located. The settlements where solar power plants may be located according to the conditions set before, are shown on fig. 4. There are 15 settlements where solar power plants may be set and where it would be effective. Solar radiation values, terrain characteristics and settlements locations allow that.

Fig. 3. Areas located on the southern gentle slopes

Fig. 4. Settlements where solar power plants locations are the most effective

4. Conclusion.

1. In conclusion, most of the places where solar power plants can be set are located on the southeast of the territory of Yakutia. Also, there are 3 settlements on the south – Maristy, Valunisty, and Nerechy.

469

2.There are no big cities or existing solar power plants in the vicinity of these three settlements, so setting a new SPP would be brand new for this region. In total, there are 15 settlements where solar power plants may be located, according to GIS analysis.

3.On the southeast of Yakutia, there are several existing solar power plants. It means that the local authorities may locate new solar power plants in one of the mentioned settlements in the

future if the effectiveness is proved. It is easy to notice that the prospective areas are mostly located in the mountains, where the absolute height is more than 1000m, which is an interesting feature.

4.Almost all areas that are suitable for setting solar power plants are connected to the specific settlement. However, the area may be in 10 km away from its boundaries.

5.The distance between settlement and prospective area, also the absence of roads, span of heights may be the future limitations that can appear, it should be taken into account in future research works.

References

1.Cherepovitsyn A., Tcvetkov P. Overview of the prospects for developing a renewable energy in Russia // 2017 International Conference on Green Energy and Applications (ICGEA). IEEE, 2017. P. 113-117.

2.Colak H.E., Memisoglu T., Gercek Y. Optimal site selection for solar photovoltaic (PV) power plants using GIS and AHP: A case study of Malatya Province, Turkey // Renewable

energy. 2020. Т. 149. P. 565-576.

3.Kirsanova N.Y., Lenkovets O.M., Nikulina A.Y. The role and future outlook for renewable energy in the Arctic zone of Russian Federation. 2018.

4.LEE K.R., LEE W.H. Solar power plant location analysis using GIS and analytic hi-

erarchy process //Journal of the Korean Association of Geographic Information Studies. 2015. Т.

18.№. 4. С. 1-13.

5.Nazarova Y.A. Evaluation of development prospects of renewable energy source for

Russia. 2017.

6.Заголило С.А., Семёнов А.С. Перспективы использования солнечной энергети-

ки в децентрализованных энергорайонах крайнего Севера //Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2015. №. 11-3. С. 333-336.

7. Лукутин Б.В., Киушкина В.Р. Ветроэлектростанции в автономной энергетике Якутии. 2006.

1Lomonosov Moscow State University (MSU), Moscow, Russia

2Salzburg University (Paris-Lodron-Universität Salzburg), Salzburg, Ausrtia

О.М. Гоммерштадт

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕСТ ДЛЯ РАЗМЕЩЕНИЯ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ В ЯКУТИИ С ПОМОЩЬЮ ГИС АНАЛИЗА

Данная статья представляет предварительные результаты исследования, основанного на пространственном анализе территории Якутии, нацеленного на определение наиболее подходящих мест для размещения солнечных электростанций. Якутия характеризуется огромными территориями и отдаленными населенными пунктами с малым количеством человек, ввиду этого там могут возникать периодические проблемы с электроэнергией. Сегодня на территории Якутии находится почти 20 солнечных электростанций, которые дают энергию для отдаленных населенных пунктов, что является практически единственным способом электрификации там. Несмотря на суровые климатические условия, вечную мерзлоту и обширные территории, солнечные электростанции могут быть использованы там. В данном исследовании рассматривались некоторые факторы, влияющие на перспективность использования солнечных электростанций в том или ином месте: особенности рельефа (наклон, экспозиция), расстояние до ближайшего населенного пункта, годовая суммарная солнечная радиация.

Ключевые слова: солнечная энергетика, солнечные электростанции, альтернативные источники энергии, ГИС анализ, пространственный анализ, Якутия.

1ФГБОУ ВО «Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова (МГУ)», Москва, Россия

2Зальцбурский университет, Зальцбург, Австрия

470

СЕКЦИЯ 5

ЭКОНОМИКО-ПРАВОВЫЕ, СОЦИАЛЬНЫЕ, ФИЛОСОФСКИЕ, МЕДИКО-ПСИХОЛОГИЧЕСКИЕ И БИОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ТЕХНОСФЕРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

471

УДК 334.02

О.Г. Аркадьева

РОЛЬ ВЫСОКОТЕХНОЛОГИЧНЫХ ФИНАНСОВ

ВТРАНСФОРМАЦИИ ПОНЯТИЯ О БЕЗОПАСНОСТИ

Встатье обоснованы предпосылки ускоренного развития финтех-сферы на современном этапе социальноэкономического развития и обозначены направления их применения в хозяйственной деятельности корпоративного и государственного секторов. Произведена попытка обобщения и классификации направлений финтех-развития и выделены ключевые барьеры и недостатки развития финансовых технологий. Сформулированы основные угрозы развитию финансовых отношений, вызванные бурным развитием финансовых технологий.

Ключевые слова: финтех, финансовые технологии, банковская деятельность, банковские продукты, информационные технологии, безопасность.

Вусловиях пандемии COVID-19 и необходимости социального дистанцирования становятся особенно востребованными конкурентные преимущества технологий, сводящих к минимуму прямое участие человека в непосредственном предоставлении услуги и повышающих его роль в сфере разработки и аналитики [1-4]. Есть сферы, где подобные технологии недостаточно успешны в сравнении с традиционными процедурами. Поскольку требуют прямого взаимодействия людей и применения социальных навыков – передача опыта, накопленного предыдущими поколениями (образование), диагностика и осуществление различного рода физиологических манипуляций (здравоохранение, физкультура и спорт), задействование механизмов коллективного существования и удовлетворения потребностей в социальном взаимодействии (социальная работа, культура, искусство).

Вто же время там, где речь идет об удовлетворении рациональных потребностей, сконструированных сами человеком и не являющихся базовыми для его существования.

Однако повышающих субъективное восприятие уровня и качества жизни, развитие технологий, способствующих более комфортному существованию в условиях социальной изоляции, идет ускоренными темпами. Однако при этом на первый план выходят вопросы нахождения баланса между удобством для пользователя, оптимизации контроля с позиции субъекта управления и реальной способности новой финтех-реальности противостоять мошенническим операциям.

Современный этап социально-экономического развития сводит к минимуму участие человека в удовлетворении потребностей в операционном ракурсе, что в контексте вопроса безопасности обращает внимание исследователей на проблему удостоверения факта инициации потребления конкретным субъектом и задействования финансовых технологий [4, 5].

Акцент в организации финансовых потоков делается при этом не на стартовой позиции и исходной точке и направлении движения денежных средств. А на самом процессе, который предполагает вовлечение все более широкого круга участников, использующих знания и технологии смежных отраслей. Несовершенство правовой базы и наличие существенных временных лагов между фактом возникновения финтех-направления и придания ему правовой формы ведет к усугублению имеющихся рисков мошенничества, злоупотребления

ивозникновения финансовых пузырей [6-10]. Объем знания о принципах и ограничениях существующего этапа развития технологий и достаточный уровень его практического вовлечения в бизнес-процессы для данного конкретного этапа – инструмент обеспечения безопасности и достижения конкурентных преимуществ деятельности хозяйствующих субъектов.

Одновременно можно наблюдать смену парадигмы в представлении о «финансовом»: в условиях развития информационных технологиях и проникновения их в различные сферы общественной жизни государство все в меньшей степени способно выступать субъектом, инициирующем финансовые потоки. Оно приобретает статус субъекта, размечающего правовое поле для зарождения и развития источников финансовых ресурсов и финансовых инструментов [1, 11].

472

Административный ресурс более неспособен ни стимулировать развитие технологий с достаточной степенью эффективности, ни ограничить их генерацию и перемещение инновационными методами – лишь создать условия для комфортности работы конструкторскосозидательной мысли и заинтересовать финтех-разработчиков в сотрудничестве для решения важных для общества вопросов. С позиции заработка отдельно взятого узкого специалиста финтех-сферы начальный этап развития технологии самодостаточен, но для этапа освоения и массового внедрения необходима заинтересованная поддержка инвесторов, рассчитывающих на конкретный финансовый результат. Сложившаяся же система бизнес-инкубаторов и стар- тап-фондов сама испытывает воздействие тех же самых факторов отсутствия действенных экономических стимулов и используемых взамен этого искусственно насаждаемой с помощью административных инструментов активности. Потенциал применения этих инструментов ограничен, в основном, фазой поддерживаемого роста и не создает необходимой внутреннего механизма самообеспечения и самофинансирования, которые выступают базовыми движущими силами для бизнеса. Разрабатываемые при участии государства продукты, имеющие отношение к высокотехнологичным финансам, нуждаются в дополнительных мерах по продвижению и обеспечению необходимой защиты от несанкционированного использования [12-15].

Всложившихся условиях банковский сектор в наивысшей степени ощущает собственную уязвимость, так как финансовые потоки через инфраструктуру самого сектора наиболее быстро перетекают от одних участников рынка к другим, и технологии становятся первоочередным инструментом конкурентной борьбы по сравнению с использованием традиционных технологий и традиционных банковских продуктов [3]. Одновременно банковская модель ведения бизнеса со значительной степенью участия государства оказывается наиболее эффективной в интересах различных групп акторов российской экономики, следствием чего наиболее крупные организации концентрируют ресурсы важнейших сегментов экономики, а финансовое посредничество активно использует технологии маркетплейсов и экосистем, поглощения максимального количества смежных сфер. В секторе государственного управления формировались государственные корпорации, приближенные по совершаемым операциям к высокорисковой банковской деятельности. При этом и в той, и в другой сфере наблюдается повышенное внимание к инновационным финтех-проектам, которые потенциально могут стать элементом экосистемы в будущем.

Вцелом, можно выделить следующие направления развития финтех-сферы, которые являются достаточно условными и взаимопроникающими:

1. Сбор в рамках правового поля или вне его через прямое или косвенное (в силу того, что малое количество пользователей читает и подробно изучает соглашения пользования различными услугами).

Согласие пользователя информации об интересах пользователя и его потребительских предпочтениях, критериях принятия решений о приобретении товаров, работ и услуг, предугадывание потребностей и навязывание их потенциальному потребителю. Сюда же можно отнести применение технологий Big Data и машинного обучения.

2. Осуществление традиционных операций с ускорением совершения процедур идентификации, сбора документов, определения контрагента. Результатом развития данного направления выступает большое количество разнообразных агрегаторов, кэшбэк-сервисов и сервисов для сравнения финансовых продуктов и получения прямого доступа к их приобретению. Значительную часть традиционных финансовых, страховых и банковских услуг, а также таких востребованных услуг, как оформление банковской гарантии согласно законодательству о государственных и муниципальных закупках, Р2Р-кредит можно оформить напрямую, перейдя по партнерской ссылке с сайта агрегатора, что одновременно выступает инструментом их продвижения и сбора информации. В эту группу входят аналоги банковских счетов на маркетплейсах, облачные кассы и смарт-терминалы, Р2Р-кредитование корпоративного и розничного секторов. Развитие финтех-сферы сопровождается развитием ин-

473

новационных методов управления рисками, технологий кибербезопасности и обработки больших данных [9].

3.Осуществление консультаций и ответы на распространённые вопросы, осуществляются на основе сегментации клиентов по уровню финансовой грамотности, осознанности потребительского поведения и уровню владения информационными технологиями. Сюда входят автоматизированные консультации, консалтинговые сервисы и сервисы для управления финансами предприятия, ведения онлайн-бухгалтерии, формирования онлайнотчетности, комплексные решения для бизнеса. Разрабатываются программные продукты по управлению бизнесом, обеспечивающие минимизацию рисков, позволяющие проводить анализ кредитных портфелей, стресс-тестирование, формирование скоринговых программ, управление торговыми точками, решения в области электронного факторинга [14]. Особое значение в развитии этих направлений приобретают вопросы защиты коммерческой и банковской тайны.

Синтезом трех вышеназванных направлений выступают технологии управления капиталом - технологические решения В2В, платформы по продаже ценных бумаг и обучение торговле на биржах, роботы-консультанты (робоэдвайзеры), программные комплексы и решения для торговли на бирже на основе машинного обучения. Технология робоэдвайзинга может стать практической альтернативой современным брокерам [8].

4.Новая ступень технологического развития – появление криптовалют, использующих технологию блокчейн (например, биткойн) [5, 10]. Сами модели прямого (peer-to-peer, P2P) взаимодействия провайдеров и потребителей финансовых услуг без посредничества банков и ICO (Initial Coin Offering – первоначальная эмиссия крипотовалют или их токенов) также можно отнести к технологическим инновациям.

Выводы.

1.Финтех-сфера представляет собой симбиоз традиционных финансовых инструментов и IT -разработок. Первоочередной сферой применения результата финтех-разработок выступает сфера обмена – торговли, которая еще со времен учения меркантилистов выступает источников развития экономических отношений. Направления развития торговли во многом предопределяют развитие финтех-сферы в партнерстве с традиционными финансовыми институтами. Классификации направлений развития финтех-отрасли динамические и постоянно приобретают новые черты. Технологии частично решают проблемы падения маржинальной большинства направлений бизнеса. В аспекте финансовой безопасности финтех-проекты нередко имеют короткий жизненный цикл в связи с ориентацией на сиюминутные потребности рынка, характеризуются сравнительно высоким уровнем издержек, существенно запаздывающей регуляторной деятельностью Банка России и других контрольных органов [2, 7,

11, 13].

2.Для минимизации риска нарушения законодательства во многих странах мира развивают специальный режим «регулятивных песочниц», предполагающий режим ведения деятельности, позволяющий инновационным компаниям протестировать свои продукты и услуги в контролируемой среде без риска нарушить финансовое законодательство.

3.С позиции государственной деятельности по обеспечению безопасного функционирования финтех-сферы важна контрольная составляющая, предполагающая развитие государственных платформ для регистрации финансовых сделок, внедрение сквозных идентификаторов клиента, оптимизацию технологий хранения и использования юридически значимых электронных документов, подготовку кадров в сфере финансовых технологий.

Литература

1. Аркадьева О.Г., Березина Н.В. Дискуссионные вопросы теории и практики рискменеджмента в секторе государственного управления // Национальные интересы: приоритеты и безопасность. 2019. Т. 15. № 4 (373). С. 745-760. DOI: 10.24891/ni.15.4.745

474

2.Березина Н.В., Аркадьева О.Г. Ограничения государственной оценки рисков общественного развития // Развитие инновационной экономики: достижения и перспективы: материалы VI международной научно-практической конференции. М.: Изд-во Моск. ун-та им. С.Ю. Витте, 2019. 1011 с. С. 81-91.

3.Борисова О.В. Рынок финансовых технологий и тенденции его развития // Финансы и кредит. 2018. Т. 24. № 8 (776). С. 1844-1858.

4.Ефимова Л.Г., Сиземова О.Б. О концепции защиты прав потребителей цифровых финансовых услуг // Алтайский юридический вестник. 2020. № 1 (29). С. 114-119.

5.Коваленко С.П., Саликов Д.А. Электронная-блокчейн модернизация финансовых институтов на фондовом рынке: правовые аспекты // Очерки новейшей камералистики. 2020.

№1. С. 38-42.

6.Константинова Е.В. Глобализационные факторы становления сферы финансовых технологий // Экономика: вчера, сегодня, завтра. 2018. Т. 8. № 9A. С. 248-261.

7.Кочергин Д.А., Покровская Н.В. Международный опыт налогообложения криптоактивов // Экономический журнал Высшей школы экономики. 2020. Т. 24. № 1. С. 53-84.

8.Магомедов Р.М., Фомичева Т.Л., Граур Н.М. Робоэдвайзеры как основа финансовых технологий будущего // Экономика: вчера, сегодня, завтра. 2018. Т. 8. № 12A. С. 256261.

9.Никонов А.А., Стельмашонок Е.В. Анализ внедрения современных цифровых технологий в финансовой сфере // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. Экономические науки. 2018. Т. 11. № 4. С.

111-119.

10.Пешкова Г.Ю., Самарина А.Ю. Криптовалюта: новый финансовый инструмент или инвестиционная пирамида? // Актуальные проблемы экономики и управления. 2020. № 3 (27). С. 14-17.

11.Рождественская Т.Э., Гузнов А.Г. Цифровые финансовые активы: проблемы и перспективы правового регулирования // Актуальные проблемы российского права. 2020. Т. 15. № 6 (115). С. 43-54.

12.Тумаков А.В., Терехов М.Г. Cоздание финансовых пирамид с использованием цифровых активов // Вестник экономической безопасности. 2020. № 3. С. 91-94.

13.Филиппов П.М., Садков В.А. О феномене «криптовалюта» и допустимости этого термина в современном юридическом лексиконе // Правовая парадигма. 2020. Т. 19. № 1. С.

16-23.

14.Чернов В.А. Реализация цифровых технологий в финансовом управлении хозяйственной деятельностью // Экономика региона. 2020. Т. 16. № 1. С. 283-297.

15.Sidorenko E.L., von Arx P. Transformation of law in the context of digitalization: defining the correct priorities // Digital Law Journal. 2020. Т. 1. № 1. С. 24-38.

ФГБОУ ВО «Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова (ЧГУ им. И.Н. Ульянова)», Чебоксары, Россия

O.G. Arkadeva

ROLE OF FINTECH IN TRANSFORMATION OF THE CONCEPT OF SECURITY

The article substantiates the prerequisites for the accelerated development of the fintech sphere at the present stage of so- cio-economic development and outlines the directions of their application in the economic activities of the corporate and public sectors. An attempt to generalize and classify the directions of fintech development and to highlight the key barriers and disadvantages of the development of financial technologies was made. The main threats to the development of financial relations caused by the rapid development of financial technologies are formulated.

Keywords: fintech, financial technology, banking, banking products, information technology, security.

Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education «I.N. Ulyanov Chuvash State

University (I.N. Ulyanov ChSU)», Cheboksary, Russia

475

СЕКЦИЯ 6

ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ, ПОЖАРНАЯ, ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ, ХИМИЧЕСКАЯ, ФИЗИЧЕСКАЯ И ИНФОРМАЦИОННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ТЕХНОСФЕРЫ

476

УДК 628.8;331.4

Л.В. Галкина

ПРОВЕРКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ СИСТЕМ (НА ПРИМЕРЕ МЕДИЦИНСКОЙ ОРГАНИЗАЦИИ)

Для проверки эффективности вентиляционной системы медицинской организации был проведен расчет воздухообмена помещений, полученные значения сравнивались со значениями установленными законодательством РФ в области обеспечения санитарно-гигиенических требований помещений медицинских учреждений.

Ключевые слова: системы вентиляции, очистка воздуха, медицинская организация, медицинское учреждение, вытяжка, приток, чистое помещение, воздухообмен, кратность воздухообмена.

В связи с ростом спроса на предоставление качественных медицинских услуг активно развиваются технологии и системы безопасной работы персонала [1].

В настоящее время существует большой спрос на создание «чистых помещений», которые должны отвечать гигиеническим требованиям. В таких помещениях необходимо организовать соответствующую работу вентиляции, так как наполняющий их воздух может иметь в своем составе различные загрязнители [2].

Несмотря на удаленность от различных источников загрязнений (предприятий, дорог и так далее) в воздухе могут находиться примеси из микроорганизмов и твердых частиц. Попадание таких загрязнений в медицинские помещения может привести к ухудшению состояния пациента и даже к летальному исходу. Поэтому именно для таких помещений и разработаны специальные требования к кондиционированию и вентиляции воздуха [2].

Система вентиляции, созданная с учетом гигиенических требований, является звеном в обеспечения безопасности пациентов и медицинского персонала. Таким образом, контроль над соблюдением требований законодательства в отношении вентиляции помещений медицинских организаций – важнейшая задача, как для государственных контролирующих органов, так и для владельцев данных организаций.

Объектом исследования является приточно-вытяжная установка вентиляции первого этажа ООО «Центр лазерной микрохирургии глаза».

Согласно аксонометрической схеме вентиляционной системы (рисунок):

1.В помещении холла первого предусмотрены система приточной П1.1, П1.2, П1.3, П1.4.и вытяжной В1.1, В1.2 вентиляции.

2.В помещении кабинета №1 (палата дневного пребывания пациентов) - система приточной П1.5, П1.6 и вытяжной В1.3, В1.4 вентиляции.

3.В помещении кабинета №2 (кабинет врача) - система приточной П1.8 и вытяжной В1.8 вентиляции.

4.В помещении кабинета №3 (кабинет врача) - система приточной П1.7 и вытяжной В1.7 вентиляции.

5.В помещении кабинета №4 (комната для персонала) - система вытяжной В1.5 и В1.6 вентиляции.

6.В санузле предусмотрена система вытяжной В2 вентиляции.

477

Аксонометрическая схема

В соответствии с ГОСТ Р ЕН 13779-2007 [3]:

1. Приточный воздух - воздух, подаваемый в помещение (в систему) после подготов-

ки.

2. Вытяжной воздух - воздух, удаляемый из помещения.

Результаты измерений, предоставленные для расчета аккредитованной испытательной лабораторией, приведены в табл. 1.

478

Дополнительные сведения: источники дополнительной погрешности отсутствуют. Согласно СН 2.1.3678-20 для помещений с естественным воздухообменом необходи-

мо рассчитать кратности вытяжки и сравнить полученные значения с нормируемыми [4]. Такими помещениями являются: Холл, Кабинет №4.

Для всех помещений рассчитывается воздухообмен, полученные значения необходимо сравнить с рекомендуемой конвекцией воздуха, в данном документе.

Расчет показателей кратности воздухообмена проводится в соответствии с ГОСТ Р 56638-2015 «Чистые помещения. Вентиляция и кондиционирование воздуха. Общие требования» [5]. Согласно ГОСТ Р 56638-2015:

где N– кратность воздухообмена, 1/ч; L - расхода воздуха, м3/ч; V – объем помещения, м. При этом, общий расход воздуха по притоку или вытяжке (воздухообмен) в помеще-

нии определяется как сумма расходов воздуха во всех точках проведения измерений. Нормируемые значения определяются в соответствии с СН 2.1.3678-20 [4]. Результа-

ты расчета воздухообмена и кратности воздухообмена приведены в табл. 2 и табл. 3.

479

Выводы.

1.Система вентиляции в медицинских учреждениях обязательно должна соответствовать нормам и требованиям, установленным законодательством.

2.В соответствии с рассчитанными показателями воздухообмена можно сделать вывод, что система вентиляции 1 этажа медицинской организации «Центр лазерной микрохирургии глаза» обеспечивает нормируемые параметры микроклимата и воздушной среды в помещениях, в которых осуществляется медицинская деятельность (СН 2.1.3678-20).

480

Литература

1. Галай, В.С. Анализ биозагрязнений воздушной среды в чистых помещениях и оценка рисков заражения в них: научная статья / В.С. Галай. Вестник МГСУ. 2017. 8 (107). С. 912-916. Москва: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет». ISSN: 2304-6600. Текст: электронный // Научная электронная библиотека «КиберЛенинка». 2020. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/analiz- biozagryazneniy-vozdushnoy-sredy-v-chistyh-pomescheniyah-i-otsenka-riskov-zarazheniya-v-nih

(дата обращения 15.10.2020).

2.Глухова, И.В. Воздухообмен в чистых помещениях: научная статья / И.В. Глухова // Вестник науки и образования. 2018. 12 (48). С. 21-23. Иваново: ООО «Олимп». ISSN: 2541-7851. Текст: электронный // Научная электронная библиотека «КиберЛенинка».

2020. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/vozduhoobmen-v-chistyh-pomescheniyah (дата обращения 15.10.2020).

3.Российская Федерация. Вентиляция в нежилых зданиях. Технические требования к системам вентиляции и кондиционирования: Национальный стандарт Российской Федерации от 01 октября 2008года № 13779-2007: [утвержден и введен в действие Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 27 декабря 2007 года. N 616-ст]. Текст: электронный // Электронный фонд правовой и нормативно-

технической документации «Кодекс» 2020. URL: http://docs.cntd.ru/document/1200062568

(дата обращения: 20.10.2020).

4.Российская Федерация. Об утверждении СП 2.1.3678-20 «Санитарноэпидемиологические требования к эксплуатации помещений, зданий, сооружений, оборудования и транспорта, а также условиям деятельности хозяйствующих субъектов, осуществляющих продажу товаров, выполнение работ или оказание услуг»: Постановление Главного государственного санитарного врача РФ № 44 от 24 декабря 2020 года: [зарегистрировано в Минюсте России 30 декабря 2010 года № 61953]. Текст: электронный // Официальный сайт компании «КонсультантПлюс». 2020. URL: http://www.consultant.ru/document/cons_ doc_LAW_104071/ (дата обращения: 21.01.2021).

5.Российская Федерация. Вентиляция и кондиционирование воздуха. Общие требования: Национальный стандарт Российской Федерации от 01 декабря 2016 года № 566382015: [утвержден и введен в действие Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 13 октября 2015 г. N 1558-ст]. Текст: электронный // Электронный фонд правовой и нормативно-технической документации «Кодекс». 2020. URL: http://docs.cntd.ru/document/1200124954 (дата обращения: 21.01.2021).

ФГБОУ ВО «Кубанский государственный университет (КубГУ)», Краснодар, Россия

L.V. Galkina

VERIFICATION OF THE EFFECTIVENESS OF VENTILATION SYSTEMS

(FOR EXAMPLE, MEDICAL ORGANIZATIONS)

To test the effectiveness of the ventilation system of the medical organization was the calculation of the ventilation of the premises; the obtained values were compared with the values established by the legislation of the Russian Federation in the field of ensuring sanitary and hygienic requirements of the premises of medical institutions.

Keywords: ventilation systems, air purification, medical organization, medical institution, exhaust, inflow, clean room, air exchange, air exchange multiplicity.

Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education «Kuban state University (KubGU)», Krasnodar, Russia

481

СЕКЦИЯ 7

АКУСТИКА, ОХРАНА ТРУДА

482

УДК 614.8

А.А. Андреева, Н.А. Кропотова ПОВЫШЕНИЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ И ОХРАНА ТРУДА

Соблюдение требований безопасности – важнейшая задача руководителя. В статье обоснованы причины несчастных случаев по статистическим данным и приведены мероприятия по профилактике профессиональных заболеваний и несчастных случаев.

Ключевые слова:требования охраны труда, безопасность, превентивные меры, профилактика опасности при выполнении трудовых заданий, управление профессиональными рисками.

Основы профессиональной безопасности и охраны труда при выполнении должностных обязанностейзакладываются во время обучения, как показывает практика, во время отработки теоретических умений на практике: практические и лабораторные занятия, практики, стажировки, олимпиады, конкурсы, соревнования. В целом это можно отнести к уровню освоения квалификации сотрудника – профессиональная компетентность. В связи с быстроменяющимися внедряемыми научными технологиями и инновациямисуществует определенная тонкая грань, которая зависит от психофизиологических особенностей и воспитания личности, как правило, ее относят к личной ответственности каждого отдельно взятого сотрудника: профессиональная компетентность, личная дисциплинированность и ответственность сотрудника, а также ответственность за личный подчиненный состав (команду, группу, смену, отряд). Все эти важные качества достигаются в процессе трудовой профессиональной деятельности:

1.Организационной.

2.Управленческой.

3.Исполнительской.

4.Воспитательной.

5.Исследовательской.

6.Рационализаторской.

7.Новаторской.

8.Инновационной [1]. Например, по данным Минтруда [2] в 2019 году сохранилась устойчивая тенденция к снижению уровня производственного травматизма.

3000

2000

1000

0

Рис. 1. Количество несчастных случаев за последние три года на производственных объектах Российской Федерации

Авторы [3] выделяют множество причин повышения доли производственных аварий и травматизма, но основной остается ослабление управления безопасностью. Официальные версии основных причин приведены на рис. 2.

Причем сотрудники (работники) в большей степени относились к трем опасным категориям, имеющих стаж работы: до трех лет, более десяти лет, более двадцати лет.

Отсюда следует следующее: низкий уровень контроля соблюдения требований охраны труда, при исполнении служебных обязанностей или выполнения трудовых функций по

483

занимаемой должности молодых сотрудников, а также сотрудников с возрастом более 50 лет; пренебрежение выполнения требований безопасности сотрудников со стажем работы более 10 лет, как чрезмерная уверенность в опыте работы; пренебрежение советами психологов организации по результатам диагностирования и выявлению психологической напряженности и неблагополучия; руководители предприятий пренебрегают профилактическими мероприятиями, направленными на защиту жизни и здоровья сотрудников.

0 10 20 30 40 50

Рис. 2. Статистические данные причин несчастных случаев, связанных с производством Российской Федерации в 2019 году

Рис. 3. Численность людей, получивших травмы на производственных объектах Российской Федерации, в том числе несовместимые с жизнью

Для снижения вероятности несчастных случаев на производстве следует провести изменение политики организации (производства) по охране труда, выделив отдельно профилактические мероприятияуправления профессиональной безопасностью и охраной труда, направленные на снижение профессиональных рисков, как отдельно взятого технологического процесса, так и на уровне одного объекта экономики. В связи с этим возникает необходимость внедрения новых подходов управления профессиональными рисками и охраной труда в целом [4].

Для реализации вышеперечисленного следует включить в организацию управления охраной труда следующий комплекс мероприятий:

1. Совершенствование механизма предупреждения травматизма и профессиональной заболеваемости.

484

2.Стимулирование работодателей и сотрудников (работников) к улучшению условий труда и сохранению здоровья.

3.Мотивирование сотрудников (работников) к ведению здорового образа жизни.

4.Постоянный мониторинг и контроль мероприятий охраны труда.

5.Проведение занятий по охране труда в регламенте служебной информации.

6.Проверка персонала на знаниенормативно-правовых и законодательных актов по охране труда, обратив особое внимание на персонал, задействованный в эксплуатации производственной техники, оборудования и электроустановках.

7.Обеспечение порядка содержания и применения средств индивидуальной защиты. Повышение профессиональной компетентностиспособствует снижению вероятности

несчастных случаев на производстве, тем самым повышая безопасность самого объекта (организации или производства).

Выводы.

При исполнении служебных обязанностей профессиональной деятельности (например, пожаротушение, проведение аварийно-спасательных и других неотложных работ, служба в карауле) для повышения безопасности предлагается внедрить такие новации по охране труда, как:

1.Использование современной техники.

2.Внедрение научной составляющей для организации труда (например, электронное управление).

3.Выработкаличной дисциплинированности и ответственности сотрудников (работников), а также трудового коллектива в целом.

4.Организация дополнительных мероприятий, с минимальными материальными затратами, например, как профотбор, комната «психологической разгрузки», повышение качества обучения (использование дополненной реальности, дистанционные курсы) и инструктажа личного подчиненного состава, введение напоминаний.

Литература

1.Кукин П.П. Безопасность технологических процессов и производств. Охрана труда /М: Высшая школа, 2004. 319 с.

2.Об итогах 2019 года по охране труда: Минтруд России. URL: https://olgasofronova.ru/ob-itogah-2019-goda-po-ohrane-truda-mintrud-rossii.html

3.Михнюк Т.Ф. Охрана труда: учебное пособие для студентов учреждений, обеспечивающих высшее образование / Т.Ф. Михнюк. Минск: ИВЦ Минфина, 2007. 320 с. [Электронный ре-

сурс] URL: https://booksee.org/book/1351577.

4.Зернов А.Н. Управление охраной труда: учебное пособие / А.Н. Зернов. Москва, 2017. 149 с. [Электронный ресурс] URL: http://okhrana-truda.com/skachat.html.

ФГБОУ ВО «Ивановская пожарно-спасательная академия Государственной противопожарной службы Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий (Ивановская пожарно-спасательная академия» ГПС МЧС России», Иваново, Россия

A.A. Andreeva, N.A. Kropotova

IMPROVING OCCUPATIONAL SAFETY AND HEALTH

Compliance with security requirements is one of the main tasks of the Manager. The article substantiates the causes of accidents based on statistical data and provides measures for the prevention of occupational diseases and accidents.

Keywords: occupational safety requirements, safety, preventive measures, hazard prevention when performing work tasks, professional risk management.

Federal State Budget Educational Establishment of Higher Education «Ivanovo Fire Rescue Academy of State Firefighting Service of Ministry of Russian Federation for Civil Defense, Emergencies and Elimination of Consequences of Natural Disasters», Ivanovo, Russia

485

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В связи с безопасностью человека возникает проблема безопасности объектовтехносферы, появление которых связано со стремлением людей к большей защите от неблагоприятных условий внешней среды, к лучшим условиям жизнедеятельности (более полному удовлетворению потребностей). Но однажды, появившись и став необходимым элементом жизнедеятельности людей, человечество, именно в силу этого, вынуждено защищать их от внешних воздействий, так как их утрата приведет к вреду для людей. Кроме того, в случае аварий объектов техносферы, также формируются негативные факторы. В настоящее время на Земле возникли зоны повышенного загрязнения биосферы, что привело к ее частичной, а в ряде случаев и к полной региональной деградации. Этим изменениям во многом способствовали высокие темпы роста численности населения на Земле (демографический взрыв) и его урбанизация: рост потребления и концентрация энергетических ресурсов; интенсивное развитие промышленного и сельскохозяйственного производства; массовое использование средств транспорта и ряд других процессов. Специфика современного этапа техногенной цивилизации, его социо-динамика характеризуется как:

1.Процесс усложнения структуры, форм и способов организации техносферы.

2.Проявление собственных закономерностей, не совпадающих с другими социо-

культурными закономерностями и с законами природы.

3.Углубление расхождений между техносферой и другими фрагментами социокультурного пространства.

4.Возрастание количества непредсказуемых, неконтролируемых последствий тех-

нической деятельности.

Определив фундаментальные характеристики и специфику современного этапа техногенной цивилизации, можно сформулировать требования к инженерной деятельности:

1.Высокий динамизм производства, быстрое его обновление, появление новых видов инженерно-технической деятельности потребовали профессиональной мобильности, умения быстро переучиваться и приобретать новые знания, психической и физической устойчивости.

2.Такие новые направления инженерной деятельности, как вычислительная техника.

3.Компьютерные технологии требуют от специалиста высокоразвитых умений от-

бирать и анализировать информацию, принимать на ее основе конструктивные решения.

4. Задача логической формализации и математического описания процессов требуют от исследователя умения конкретизировать свое представление об объекте, строго организовывать относящуюся к нему информацию, выделять структуру и междуэл е- ментные взаимосвязи, то есть системности построений.

Человек, решая задачи своего материального обеспечения, непрерывно воздействует на среду обитания своей деятельностью и продуктами деятельности (техническими средствами, выбросами различных производств), генерируя в среде обитания антропогенные опасности. Чем выше преобразующая деятельность человека, тем выше уровень и чи с- ло антропогенных опасностей, вредных и травмирующих факторов, отрицательно воздействующих на человека и окружающую его среду. Реальная природно-техническая система в своем совместном функционировании базируется на процессах энерго- и массообмена. Со стороны промышленных производств идет поток разнохарактерных техногенных возмущений, которому противодействует реактивный поток со стороны биосферы. Взаимодействие этих потоков обеспечивает уровень антропогенного изменения свойств природных объектов по всей совокупности параметров. Нет сомнений, что проведённые исследования позволят приблизить решение этой проблемы, уравновесить эти потоки и, тем самым, создать техносферу необходимого качества по отношению к человеку.

Ответственность за аутентичность и точность цитат, названий и иных сведений, а так же за соблюдение законов об интеллектуальной собственности несут авторы публикуемых статей.

486

487

Земли………………….............................................................................................................. 154

Булгин Д.В., Кузнецов И.Е., Волков В.С. Научно-методический подход к учету

влияния гидрометеорологических условий на дальность действия радиолокационных станций……………………………………………………………………………………….. 172

Булгин Д.В., Федоров В.И., Волков В.С. Алгоритм дистанционной регистрации

аэродрома города Владивосток……………………………………………………………… 191

Дьяков С.А, Удриш В.В. Особенности гидрометеорологического обеспечения

безопасности мореплавания 65 Российской антарктической экспедиции в 2019-2020

годы…...................................................................................................................................….. 195

Евстафиев А.Ф., Евстафиев Ф.А. Особенности прохождения радиосигналов по 204

информационным каналам аэрокосмического мониторинга………………………………

Журавлёв Д.В., Проводников А.А. Носимые текстильные электроды для измерения 208

ЭКГ…………………………………………………………………………………………….

Журавлёв Д.В., Волков В.С. Двадцатичетырёхканальный комплекс для электроэнцефалографических исследований………………………………………….. 214

488

Секция 3. Промышленная экология и химия, очистка сточных вод и газовых

выбросов. Малоотходные и безотходные технологии и производства. Контроль, диагностика качества и безопасности материалов в строительстве,

промышленности, энергетике…………………….…………………….………...………. 343

Звягинцева А.В., Самофалова А.С., Парфенов Н.А., Лохмачев В.И. Реализация

мероприятий по улучшению экологической обстановки на горно-обогатительном комбинате с использование численного моделирования рудообогатительном объекте…………….................................................................................................................... 370

Колобов А.Ю., Сычева Г.А. Ячейка кристобалита и противоречия фазового перехода

стекло-кристобалит в кварцевом стекле, полученном на плазматронах ОАО «ДИНУР» из кварцевого песка месторождения «Раменское»………………………………………… 377

Момот Д.И., Пашковский О.П. Оценка интенсивности выделения газов

при термодеструкции отвальной массы…………………………….………………………. 385

490

Секция 6. Энергетическая, пожарная, экологическая, химическая, физическая

и информационная безопасность техносферы …………………….…………………… 476

Галкина Л.В. Проверка эффективности вентиляционных систем (на примере

медицинской организации)………………………………… ……………………....………. 477

Секция 7. Акустика, охрана труда…………………….………...………..………………. 482

Андреева А.А., Кропотова Н.А. Повышение профессиональной безопасности и охрана

труда…………………………………………….…………………….………………………. 483 Заключение…………………………………………………………........................................ 486

491

Научное издание

КОМПЛЕКСНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ТЕХНОСФЕРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

Материалы VI Международной научно-практической конференции

(г. Воронеж, 21-22 декабря 2020 г.)

В3-х частях Часть 1

Компьютерная верстка А. В. Звягинцевой

Издается в авторской редакции

Подписано к изданию 25.11.2021. Объем данных 21,8 Мб.

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет» 394026 Воронеж, Московский просп., 14

492