Наука и технологии: современные идеи (2021)

Анализ изменений деформаций при размещении на поверхности конструкций волоконно-оптических датчиков на подложках (Виндокурова Е.)………………………………………46

Применение лазерного ударного упрочнения для улучшения усталостных характеристик титанового сплава (Гачегова Е.) 54

Обзор методов поверхностной упрочняющей обработки металлических сплавов (Дудин Д.)……………………………………………………………………………………….60

Модуль распознования объектов в видеопотоке для интеллектуальных зданий (Марквирер В., Улитина С.) 66

Термодинамический удельный импульс твердотопливного ракетного турбинного двигателя (Митрович П.)………………………………………………………………............73

Исследование контактного разрушения поверхностей образцов шарикоподшипника методом виброметрирования (Ситников М.)…………………………………………………78

К вопросу о надежности самомаршрутизирующегося аналого-цифрового преобразователя на основе нейронной сети (Наборщиков А., Посягин А.) 82

Решение многокритериальной задачи оптимизации утечек топлива системы распределения топлива газотурбинного двигателя (Наборщиков И.)……………………....88

Выявление особенностей механического поведения образцов из полимерных композиционных материалов при внедрении различных Smart-слоев с волоконно-оптическими датчиками (Никифоров А.)…………………………………………………….92

Детерминизация рациональной конструкции двухтопливного твердотопливного ракетного двигателя (Орехов Д.)…………………………………………………………………………..97

Изучение методов снижения шероховатости каналов в предварительной форме силикатного стекла (Перетрухина И.)………………………………………………………………………………102

Исследование воздействия измельчения сырья на качество гранулированного активированного угля (Першин Е., Фарберова Е., Ходяшев Н.)……………………..……107

Критерии выбора групп полимерных отходов для использования в качестве сырьевого компонента в производстве асфальтобетона (Пугина В.)………………………………….112

Исследование влияния режимов термической обработки на структуру и свойства низкоуглеродистой мартенситной стали (Русских И.)…………………………..…………117

Комплексное моделирование систем электроснабжения предприятий нефтедобывающей отрасли (Семенов А.)………………………………………………………………………….123

Возможности использования интерметаллических соединений в современной промышленности (Соломенников М.)……………………………………………………….129

Концептуальные основания формирования проективного мышления у выпускников учебных заведений в техно-гуманитарной среде (Тиунов Д.)……………………………..134

Математическое моделирование процессов передачи тепла и массы в кабельном канале, проложенном вблизи от коммуникаций (Фертиков М., Труфанова Н.)………...…………139

Разработка технического переводческого словаря на двух языках в области информационной защиты (Филимонцев Д.)…………………………………………...……144

Использование талькомагнезита для модификации глинистого сырья из Каменского месторождения, Пермский край (Целищева Д., Колчанова А., Богданова П., Волосатова К.)………………………………………………………………………………………………150

Приминение вычислительной гидродинамики для решения задач обеспечения требуемого воздухообмена (Челпанов П.)………………………………………………………………..155

Некоторые решения задачи диффузии газа в полиэтилене (Яковлев А.)…………………161

 

From the originator

       The compendium contains materials of fourth and fifth annual competitions in English language: «Development of Science», which were held in 2020 and 2021.

       In 2020 participants of the competition submitted presentations on the development of modern technologies and and their impact on the preservation of peace. Issues discussed included the following: Waste management and organic fertilizers, provision of self-filtering devices for the people, investigation of optical losses, information weapons, receipt of activated carbon, waste water treatment, the role of virtual reality. In the contest participated students of Perm State National Research University, National Research University Higher School Of Economics. As in last year, one foreign student entered the competition. First place took Pavel Skovorodnikov (Perm State National Research University), second place – Vasiliy Strelkov (Perm State National Research University), third place – Maksim Bulatov (Perm State National Research University).

       In 2021 participants of the competition submitted presentations on the introduction of modern ideas into science and technology. In the contest participated students of Perm State National Research University, Perm branch of the Ural State University. First place took Vladlena Markvirer (Perm State National Research University), second place is divided between – Veronika Pugina (Perm State National Research University) and Egor Pershin (Perm State National Research University), third place – Anton Yakovlev (Perm State National Research University).

       We’d like to thank all the contestants for their passion and love of science and research.

 

От составителя

Представлены материалы четвертого и пятого ежегодных конкурсов работ на английском языке «Development of Science», которые прошли, соответственно, в 2020 и в 2021 годах.

В 2020 году участники конкурса представили презентации о развитии современных технологий и их влияние на сохранение мира. Предметом обсуждения стали такие вопросы как: утилизация мусора и органические удобрения, обеспечение населения фильтрующими самоспасателями, исследование оптических потерь, информационное оружие, получение активированного угля, очистка сточных вод, роль виртуальной реальности. В конкурсе приняли участие студенты Высшей Школы Экономики (ВШЭ), Пермского Национального Исследовательского Политехнического Университета (ПНИПУ), Пермского Государственного Медицинского Университета (ПГМУ). Как и в прошлом году, среди участников конкурса отметилось два иностранных студента. 1 место занял Павел Сковородников (ПНИПУ), 2 место – Василий Стрелков (ПНИПУ), 3 место – Максим Булатов (ПНИПУ).

В 2021 году участники конкурса представили презентации о внедрении современных идей в науку и технологии. В конкурсе приняли участие студенты Пермского филиала Уральского государственного университета путей сообщения (ПИЖТ УрГУПС), Пермского Национального Исследовательского Политехнического Университета (ПНИПУ). Первое место заняла Владлена Марквирер (ПНИПУ), второе место разделили Вероника Пугина (ПНИПУ) и Егор Першин (ПНИПУ), третье место – Антон Яковлев.

Хотелось бы поблагодарить участников за проявленную активность и любовь к науке и исследованиям.

 

Pavel Skovorodnikov	Павел Сковородников
Perm State National Research University	Пермский Государственный Национальный Исследовательский Университет
Investigation of Influence of Joint Granulation Process Organic Fertilizer Biohumus and and Cyclone Dust KCl on Qualitative Characteristics of Final Product	Исследование влияния процесса совместного гранулирования органоминерального удобрения Биогумус и циклонной пыли хлорида калия
Abstract: The development of new technologies for producing highly effective safe fertilizers is extremely relevant nowadays. To meet the needs of the growing population of the planet, more plant products are needed. However, the long-term usage of only mineral fertilizers leads to the loss of important agrochemical properties, which makes cultivation less effective. This study is aimed at developing granulation technology for complex fertilizers with organic and mineral components. This fertilizer will restore soil properties and increase cultivation intensity. The article considers the possibility of using cyclone dust KCl in the process of granulation of organic fertilizer biohumus. Furthermore, we determined the main qualitative characteristics of final granular fertilizer and estimated the efficiency of the process that is based on comparison of granular fertilizer characteristics without addictives and binders.	Аннотация: Разработка новых технологий производства высокоэффективных безопасных удобрений имеет чрезвычайно важное значение в настоящее время. Чтобы удовлетворить потребности растущего населения планеты, требуется больше растительных продуктов. Однако долгосрочное использование только минеральных удобрений приводит к утрате важных агрохимических свойств, что делает выращивание менее эффективным. Эта работа направлена на разработку технологии гранулирования для сложных удобрений с органическими и минеральными компонентами. Это удобрение восстановит свойства почвы и повысит интенсивность культивирования. В этой статье рассматривается возможность использования циклонной пыли хлорида калия в процессе грануляции органического удобрения биогумус. Кроме того, в статье определены основные качественные характеристики конечного гранулированного удобрения и оценка эффективности процесса, который основан сопоставлении гранулированных характеристик без примесей.

Keywords: organomineral fertilizer, biohumus, granulation, cyclone dust KCl, waste utilization.

Introduction

The efficiency production of plant origin products directly depends on the usage of fertilizers and the growth methods. Recently in Russia and around the world there has been an increase in demand for organic and mineral fertilizers. Thus, the issue of creating new types of fertilizers, which have a large number of active substances in their composition, becomes relevant. Biohumus is a special type of highly effective fertilizer. It is a product of the processing of organic waste by special worms. The fertilizer contains a complex of useful micro and macro elements, humic and fulvic acids. This fertilizer not only stimulates and increases the growth rate of plants, but also restores a number of agrochemical and physical properties of the soil. However, the usage of fertilizer in its raw form leads to a number of significant problems. Therefore, biohumus granulation process is used to solve the existing problems [1].

During the production of potash fertilizers, up to 20% of finely dispersed cyclone dust KCl is formed. Cyclone dust is considered to be a waste product, therefore solutions for its disposal are needed. Since in the granulation process it is possible to use dry additives to improve the quality characteristics of the granules, it was decided to study the issue of joint granulation of biohumus and cyclone dust KCl. A high concentration of potassium in cyclone dust will increase its content in a new granular fertilizer, which will lead to an improvement in its quality.

Materials and Method.

The object of the research was biohumus, which has a neutral-alkaline reaction (pH=7.2-8.1), with a total moisture content of 55-60%. The main component of OMF are humic acids, it also includes: nitrogen, phosphorus, potassium, magnesium, calcium. The surface structure of biohumus particles (Fig. 1) was obtained to an electron scanning microscope Hitachi S-3400N (Japan) equipped with an energy dispersive spectrometer XFlash 4010 from Bruker (Germany).

Figure 1. Microphotography of the surface the a particles of biohumus (magnification x50)

The granulation was carried by the nodulizing method. The initial mixture of biohumus and cyclone dust KCl was preliminarily pressed in extruder through holes with a diameter of 7 mm.Then the mixture was loaded into a drum granulator to nodulize and strengthen the structure of the granules. The process was carried out at the previously established optimal parameters of nodulizing: duration 3 minutes and temperature of 25 °C [2, 3].

 

1 – Drum granulator; 2 – Electric drive; 3 – Extruder; 4 – Pallet;

Figure 2 – Scheme of the laboratory installation of the process of granulation of biohumus

Result and Discussion

As a result of granulation, a granular organomineral fertilizer biohumus was obtained with the following characteristics:

• granules yield of the commercial fraction 87.9%;

• static strength 19.4 N/granule;

• granul average dimension 3.70 mm

An analysis of the scientific literature showed that in the granulation process, various liquids, suspensions and powders are used to better agglomerate of the particles into granules. So, the effect of the content of cyclone dust KCl in the fertilizer mixture on the efficiency of granulation was studied.

As a result of the study it was found that with an increase in the containing of cyclone dust KCl in the fertilizer mixture, there was a decrease in the yield of the commercial fraction (-5.5+2.0 mm), as well as a decrease in the static strength of the granules. This is due to the hydrophilic property of potassium chloride. With an increase in the containing of cyclone dust KCl, the amount of bound liquid in the biohumus becomes insufficient for better agglomeration of the particles fertilizer and cyclone dust [4]. The superficial tension which could preserve the granule and contribute to its further nodulizing is reduced. Therefore, it is more expedient to carry out the granulation of biohumus with the content to 5% of cyclone dust KCl, while the maximum value of yield and static strength equal to 92.22 % and 73.5 N/granule, respectively.

Table 1. The effect of the content of cyclone dust KCl on the characteristics of granular biohumus

The containing ofKCl, %	Particle-size composition, %				Granules yield of the commercial fraction, %	Static strength of granules, N/pellet	Granul average dimension, mm
	+5,5 mm	-5,5 +2,0 mm	-2,0 +1,0 mm	-1,0 +0,0 mm
5	3,90	92,22	2,81	1,07	92,22	73,5±0,3	3,74
10	4,22	91,15	3,41	1,22	91,15	51,3±0,2	3,73
15	14,09	83,44	1,77	0,69	83,44	34,4±0,1	4,00
20	15,76	82,58	1,16	0,51	82,58	26,4±0,3	4,06
25	18,66	79,82	1,08	0,44	81,83	17,4±0,2	4,08
30	19,90	78,64	1,08	0,38	78,64	16,6±0,4	4,07

 

The following characteristics of granular biohumus with cyclone dust KCl were also determined: dynamic strength and abrasion, caking ability and hygroscopicity. The characteristics of granular biohumus with cyclone dust were compared with the characteristics of granular biohumus without additives.

Table 2. Commercial characteristics of granulated biohumus

Index	Granular biohumus
	Without additives	With cyclonic dust KCl (5%)
Dynamic strength, %	94	99
Abrasion, %	6	1
Hygroscopicity, %	1,06	0,87
Caking ability coefficient, kg/cm2	19,6	16,6

Analysis of the data suggests that the use of cyclone dust KCl in the granulation of biohumus has a positive effect, resulting in an improvement in commercial characteristics. Thus, the final product exhibits greater resistance to external influences during transportation, minimal ability to moisture absorption, which reduces the likelihood of caking ability of the product during long-term storage.

The image of the surface of biohumus granules without additives and with KCl cyclone dust is shown in Fig.3

1	2

Figure 3 – Image of the surface of biohumus granules: 1 – without additives, 2 – with cyclone dust KCl

The images of the surface of the biohumus granules show that the particles form a close packing. However, in image 2, the surface is more uniform and fibrous, which indicates a stonger agglomeration of particles to each other. In image 1, on the contrary, the surface is loose, there are small cracks. Various needle and spherical inclusions are observed.

Conclusion

Study of the process of granulation of biohumus with cyclone dust KCl, allowed to determine the optimal technological parameters. Joint granulation can solve not only the problem of cyclone dust utilization, but achieve the enrichment of organic fertilizer with mineral components. The optimal containing of the cyclone dust KCl additive in the fertilizer mixture and the basic commodity characteristics of the fertilizer were determined. It was found that appending of cyclone dust KCl reduces the ability to limit absorption of moisture by granules. This phenomenon contributes to the formation of a prolonged action of the fertilizer.

Reference list

1. Characterisation of organomineral fertilizers derived from nutrient-enriched biosolids granules / Diogenes L. Antille, R. Sakrabani, Sean Tyrrel [et al.]. – Text : electronic // Applied an Environmental Soil Science. – 2013. – URL: https://www.hindawi.com/journals/aess/2013/694597// (date accessed: 27.03.2020).

2. Investigation of granulation process parameters influence on granulated fertilizer compost properties / Antanas Pocius, Egle Jotautiene, Ramunas Mieldazys [et al.]. – Text : direct // Engineering for Rural Development : proceedings of 13 International Conference. – Jelgava, 2014. – P. 407–412.

3. Першин, В. Ф. Переработка сыпучих материалов в машинах барабанного типа / В. Ф. Першин, В. Г. Однолько, С. В. Першина. – Москва : Машиностроение, 2009. – 216 с. –  ISBN 978-5-94275-483-9. – Текст : непосредственный.

4. Сковородников, П. В. Способы гранулирования органоминеральных удобрений / П. В. Сковородников, М. В. Черепанова. – Текст : непосредственный // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Химическая технология и биотехнология. 2017. № 3. С. 117–127.

 

Marina Talipova	Марина Талипова
Perm State National Research University	Пермский Государственный Национальный Исследовательский Университет
Ways to provide population with filter self rescuers under current conditions	Пути обеспечения населения фильтрующими самоспасателями в современных условиях
Abstract: The paper states the views on the population protection by filter self-rescuers from the point of view of specialists in the field of filtering RPE (respiratory protective equipment). As part of the proposals to provide filter self-rescuers under current conditions, it has been statistically shown that fires in offices and institutions resulting in mass deaths occur regularly and everywhere, mainly due to combustion product poisoning. The data on the basic materials have been analysed regarding the evolution of poisonous and highly toxic substances from them if ignition occurs. The proposal has been made on the obligatory equipping of heavily attended buildings and facilities with filter self-rescuers, according to the functional fire hazard classes of buildings and facilities in order to ensure population protection.	Аннотация: В статье излагаются взгляды на защиту населения фильтрующими самоспасателями с точки зрения специалистов в области фильтрующих СИЗОД (средств индивидуальной защиты органов дыхания). В рамках предложений по обеспечению фильтрующими самоспасателями в современных условиях статистически показано, что пожары в учреждениях и заведениях с массовой гибелью людей происходят регулярно и повсеместно в основном в результате отравления продуктами горения. Проанализирована информация об основных материалах на предмет выделения из них при возгорании отравляющих и высокотоксичных веществ.

Introduction

An increased number of emergency situations (fires, terrorist acts, emissions of harmful substances, etc.) indicate the necessity of widespread use and implementation of personal emergency protective equipment [1].

Fires occupy a particular place in emergency statistics, since the socio-economic losses caused by them are incomparably greater as opposed to other types of emergency. The main and terribly dramatic losses are human lives. The most dangerous factors are the toxic effects of gases and smoke particles and the lack of oxygen, as they can lead to death [2].

The actuality of the respiratory protection use against the effects of combustion products during fires is stipulated by the fact that this reason is predominant among the fatality causes. According to the Russian State Agency RIA Novosti, fire statistics in Russia reports that, there are, on average, about 150 thousand fires per year. Following official reports on the Ministry for Emergency Situations site, more than 9.5 thousand people die in a fire.

Organizations recording data worldwide report that more than 3 million fires occur annually in Europe, Asia, America and Australia, in which more than 20 thousand people die of smoke, flame and other factors. In most cases, fires happen in means of transport, mainly on trains, in buildings and facilities.

From the point of view of RPE specialists, we affirm that to protect people in such emergencies, it is necessary to use filter self-rescuers, moreover, manufactured in accordance with the following fundamental requirements.

1) Filter self-rescuers must protect against all combustion products.

2) Filter self-rescuers must be designed for the application time of 15-30 minutes.

3) Filter self-rescuers must be designed for a long storage time on the one hand and shall be ready for immediate use on the other hand.