Новой техники и технологии

Так как промышленность использует большие объёмы энергии и вносит значительный вклад в экологические проблемы, то особенно остро стоит вопрос сбережения энергии. Отрасли, имеющие дело с добычей сырья, имеют большие энергозатраты, выражаемые в потреблении энергии на один рубль валового внутреннего продукта. Поэтому предпочтительнее использовать энергию, получаемую из экологических чистых источников и сбалансированную с токсическими свойствами используемого сырья, материала. Например, ртутные лампы экономичны, но токсичны при утилизации. Многие применяемые в промышленности катализаторы также токсичны или относятся к малодоступным и энергозатратным редкоземельным металлам. Наиболее энергоёмким является добыча нефти и угля, производство химических веществ и продуктов по энергоёмкости стоит на втором месте, а первичные металлы - на третьем.

Лучшее использование тепла на предприятиях за счёт применения новых технологических процессов позволило сократить потребление энергии в химической промышленности США  с 1970 по 1993 г.г. на 50 %. Потребление энергии при производстве алюминия за период с 1890 по 1990 г.г. снизилось в 4 раза.

В качестве общих подходов к экономии энергии в любых отраслях на неосновных (вспомогательных) производствах можно рекомендовать:

1. Снижение энергетических затрат на отопление, вентиляцию и кондиционирование. Чем «легче» отрасль, тем больше расход энергии. Замена старого оборудования на новое в сочетании с управлением от ЭВМ позволяет снизить энергозатраты на 30…90 %.

2. Снижение энергии на освещение производственных помещений. Потребляемая энергия при применении натриевых ламп с низким давлением  при равной освещённости, составляет всего 7…10 % от энергии ламп накаливания. В России в 2010 г. поставлена задача в течение ближайших двух-трёх лет и в быту перейти на энергосберегающие лампы взамен ламп накаливания.

3. Энергосберегающее ведение хозяйств. Например, персональные компьютеры старого  поколения берут до 5 % энергии, переход на новое поко-ление приводит к её сбережению. Изоляция теплонесущих труб, очистка поверхности теплообменников, использование точечных нагревателей жидкости и другое - всё это способствует сбережению энергии.

В машиностроении основными видами ресурсов являются металлы, энергия, трудозатраты и вспомогательные материалы (вода, масло, сжатый воздух, инструмент, СОЖ, формовочные смеси и др.). Весьма весомая составляющая ресурсосбережения – это снижение расхода металла.

Комплексная работа по экономии и рациональному расходованию металла проводится по следующим направлениям:

- повышение качества металла за счёт легирования;

- расширение сортамента высокоэффективных и экономичных профилей проката;

    - снижение массы машин и оборудования за счёт инновационных технологий и рациональной конструкции;

  - снижение расхода металла за счёт рационального раскроя заготовок и повышение их точности;

  - снижение расхода запчастей и улучшение использования техники по назначению;

 - развитие порошковой металлургии;

 - защита металла от коррозии;

 - широкое применение композиционных материалов, как на металлической, так и на неметаллической основах;

- повышение надёжности и улучшение потребительских свойств  продукции;

- утилизация металлических отходов в качестве вторичных ресурсов;

 - использование электронно-ионно-плазменных технологий, которые обеспечивают значительную экономию материальных и энергетических ресурсов, экологическую чистоту производства, замещение вредных химико-термических технологий.

По данным ЦНИИ Чермета ежегодно теряется в машиностроении 30 млн. тонн металла. Половина потерь металла приходится на очень высокую металлоёмкость изделий по сравнению с зарубежными образцами. Затраты металла на запчасти составляют 7 млн. т  и примерно столько же – отходы из-за больших припусков в заготовках.

Следует различать прямую и косвенную экономию металла. Прямая экономия металла может быть получена на стадии производства в результате уменьшения отходов металла при формообразовании (обработке резанием, штамповке, ковке, литье и пр.), а также за счёт повышения выхода металла при снижении производственного брака, что достигается применением современного оборудования и новейших технологий, внедрение контроля качества выпускаемой продукции. Приведём несколько примеров:

1. Изготовление заготовок, близких по форме к готовым изделиям методом прокатки (ступенчатые валы, оси, зубчатые колёса, втулки, свёрла и др.). Основными достоинствами новой технологии являются высокая производительность и  высокая точность получаемых деталей; экономия металла от 15 до 30 %, удаляемого в стружку; снижение веса заготовки и веса отходов после механической обработки в 2…5 раз в зависимости от размера и типа изделия.

2. Применение новых технологий изготовления изделий, особенно со сложной конфигурацией сечения. Примерами таких технологий являются: литьё по выплавляемым моделям, непрерывное литьё с вытягиванием из расплава; методы прессования, жидкой штамповки, электроискровой штамповки; сварка и штамповка взрывом, технологии быстрого прототипирования и другие методы.

3. Применение анодно-механической,  плазменной резки позволяет повысить качество резки и снижает трудо- и материалоёмкость изделий.

4. В сфере эксплуатации и ремонта техники - снижение расхода запчастей по объёму и номенклатуре, своевременной реализации правил техобслуживания, а также за счёт сдачи отработавших ресурс изношенных изделий на переработку или восстановление методами напыления.

Косвенная экономия металла достигается уже на стадии металлургического производства за счёт повышения качественных характеристик металла (комплекса механических, физических, химических, технологических и эксплуатационных свойств). В дальнейшем экономия осуществляется в последующих технологических циклах применением различных методов упрочнения: термической и химико-термической обработки, новейших технологий лазерной и плазменной обработки, вакуумного напыления и других способов упрочнения. Затраты на упрочнение деталей не превышают 2…3 % от стоимости готовых изделий, в то время как показатели их надёжности улучшаются на треть. Например, применение высоких технологий (лазерная, ионно-плазменная и другие обработки) при изготовлении инструмента, штамповой оснастки повышает срок их службы в 2…15 раз; в узлах трения, турбинных лопатках - увеличивает ресурс работы в 3…4 раза.

Большие возможности экономии металла могут быть реализованы на стадии проектирования продукции, зависящей от творческого потенциала конструктора. Важными слагаемыми экономии металлов является снижение коэффициента запаса прочности, совершенствование конструктивных схем, технологичность конструкции изделия.

Снижение необоснованных запасов прочности, ведущее за собой облегчение конструкции, достигается посредством уточнения схем и методов расчёта, условий эксплуатации, приближающие расчётные нагрузки к реальным значениям. Повышение точности расчётов должно быть основано на применении методов вычислительной механики с построением соответствующих расчётных моделей.

Снижение ресурсоёмкости и трудозатрат может достигаться за счёт комплекса работ: повышение серийности выпуска изделий и его составных частей на основе унификации; ограничение номенклатуры составных частей и применяемых материалов; разработку конструктивных решений, облегчающих сборку, разборку, транспортирование и ремонт изделия; применение высокопроизводительных и малоотходных технологий.

В конечном итоге все проводимые мероприятия по ресурсосбережению снижают потребление первичного топлива, сырья и энергии, уменьшают количество газовых, жидких и твёрдых отходов, тем самым снижают антропогенное воздействие на окружающую природную среду.