Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus, Physical-Technical Series / Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наук
Not a member yet
551 research outputs found
Sort by
Прогнозная оценка изменения объемов подлежащих глубинному захоронению радиоактивных отходов в активированных реакторных конструкциях в процессе их выдержки после окончательного останова энергоблоков Белорусской АЭС
Get PDFThis paper presents the results of computational studies of the amount of solid high-level and long-lived intermediate level radioactive waste (HLW and ILW-LL) generated during neutron activation of structural materials adjacent to the core of the VVER-1200 reactor of the Belarusian NPP, depending on the time after the final shutdown of the reactor. The assessment of the volumes of HLW and ILW-LL of activation origin, formed over 60 years of operation of the VVER-1200 reactor, was carried out on the basis of computational studies of the induced activity of structural and shielding materials using reactor and Monte Carlo program codes (SERPENT 2, TVS-M, DYN3D, MCU- PD). As a result of calculation studies, it was established that the masses and volumes of activated materials, according to the levels of pollution related to HLW and ILW‑LL, within 10 years after the final shutdown of the VVER-1200 reactor of the Belarusian NPP will be 273 tons and 43 m3 , respectively. In the interval of 30–70 years, the masses and volumes of activated materials of these categories of RW will amount to 262 t and 33 m3 , respectively. From 100 years to 200 years, the masses and volumes of activated materials of these categories of RW will be 118 t and 15 m3 , respectively. Within 10 years after the reactor shutdown, isotopes 55Fe (2.7 years), 60Co (5.27 years), 63Ni (96 years) will make the main contribution to the value of the integral specific activity of the materials of the structures of the fence, shaft, surfacing, reactor vessel, block of protective tubes (BPT), the space under the core, thermal insulation; after 10 years – 63Ni. The main contribution to the value of the integral specific activity of materials of absorbing elements (PEL) with Dy2TiO5 during the entire period of storage will be made by 63Ni.Представлены результаты расчетных исследований количества твердых высокоактивных и долгоживущих среднеактивных радиоактивных отходов (ВАО и ДСАО), образующихся при нейтронной активации материалов конструкций, прилегающих к активной зоне реактора ВВЭР-1200 Белорусской АЭС, в зависимости от времени после окончательного останова реактора. Оценка объемов ВАО и ДСАО активационного происхождения, образующихся за 60 лет эксплуатации реактора ВВЭР-1200, выполнена на основании расчетных исследований наведенной активности конструкционных и защитных материалов с использованием реакторных и Монте-Карло программных кодов (SERPENT 2, ТВС-М, DYN3D, MCU-PD). В результате рассчетных исследований установлено, что массы и объемы активированных материалов, по уровням загрязнения относящихся к ВАО и ДСАО, в течение 10 лет после окончательного останова реактора ВВЭР-1200 Белорусской АЭС будут составлять соответственно 273 т и 43 м3 . В интервале 30–70 лет выдержки массы и объемы активированных материалов этих категорий РАО составят соответственно 262 т и 33 м3 . При выдержке от 100 до 200 лет массы и объемы активированных материалов этих категорий РАО составят соответственно 118 т и 15 м3 . Основной вклад в величину интегральной удельной активности материалов конструкций выгородки, шахты, наплавки, корпуса реактора, блока защитных труб (БЗТ), пространства под активной зоной, теплоизоляции в течение 10 лет после останова реактора будут вносить изотопы 55Fe (период полураспада 2,7 года), 60Co (5,27 года) и 63Ni (96 лет), а после 10 лет выдержки – 63Ni. Основной вклад в величину интегральной удельной активности материалов поглощающих элементов (ПЭЛ) с Dy2TiO5 в течение всего срока хранения будет вносить 63Ni
Закономерности упрочнения псевдосплавов сталь – медный сплав, получаемых инфильтрацией, при горячей пластической деформации
Get PDFThe influence of the regimes of plastic deformation of steel – copper alloy pseudo-alloys obtained by infiltration on their structure, mechanical properties and anisotropy of properties is investigated. It has been established that hot forging of pseudo-alloys at a temperature of 700–950 °C provides an increase in strength by 1.5–3 times, impact strength by 1.5–2.5 times, plasticity by 1.5–2 %, and at 1100–1150 °С (above the melting point of copper) – leads to cracking of the material. It is shown that the properties of pseudo-alloys based on steel alloyed with chromium are lower than those based on steel alloyed with nickel, which is associated with the formation of chromium oxides due to its increased affinity for oxygen. The formation of macro-texture in pseudo-alloys after hot stamping has been established, which leads to secondary anisotropy of properties, the level of which is determined by the degree of deformation and temperature, but does not exceed 15–20 %. The deformation curve of the pseudo-alloy during hot forging was constructed, which revealed the optimum temperature (700–900 °С) and the limiting degree of deformation (65 %) depending on the composition of the pseudo-alloy. With an increase in the degree of deformation, microcracks form at the interface between the iron and copper phases, which in turn leads to a decrease in strength, ductility, as well as a 1.5–2-fold decrease in the impact strength of pseudo-alloys with a copper phase content of 15 % and destruction of pseudo-alloys with a 25 % copper content phases, in which the length of interphase iron-copper boundaries is much greater. The achieved mechanical properties of hot-forged steel-copper alloy pseudo-alloys make it possible to use them for parts of heavily loaded friction units, as well as parts for structural purposes. Исследовано влияние режимов пластической деформации получаемых инфильтрацией псевдосплавов сталь – медный сплав на их структуру, механические свойства и анизотропию свойств. Установлено, что горячая штамповка псевдосплавов при температурах 700–950 °С обеспечивает повышение прочности в 1,5–3 раза, ударной вязкости – в 1,5–2,5 раза, пластичности – на 1,5–2 %, а при 1100–1150 °С (выше температуры плавления меди) – приводит к растрескиванию материала. Показано, что свойства псевдосплавов на основе стали, легированной хромом, ниже, чем на основе стали, легированной никелем, что связано с образованием оксидов хрома вследствие его повышенного сродства к кислороду. Установлено образование макротекстуры в псевдосплавах после горячей штамповки, что приводит к вторичной анизотропии свойств, уровень которой определяется степенью деформации и температурой и не превышает 15–20 %. Построена деформационная кривая псевдосплава при горячей штамповке, выявившая оптимальную температуру (700–900 °С) и предельную степень деформации (65 %) в зависимости от состава псевдосплава. При повышении степени деформации происходит образование микротрещин на границе железной и медной фаз, что в свою очередь приводит к снижению прочности, пластичности, а также в 1,5–2 раза ударной вязкости псевдосплавов с содержанием медной фазы 15 % и разрушению псевдосплавов с содержанием медной фазы 25 %, в которых протяженность межфазных железомедных границ значительно больше. Достигнутые механические свойства горячештампованных псевдосплавов сталь – медный сплав позволяют использовать их для деталей тяжелонагруженных узлов трения, а также деталей конструкционного назначения
Определение возможности модернизации системы на основе дугового плазмотрона для газотермического напыления керамических материалов с использованием топливного вихревого интенсификатора. Часть II: Теплотехническая оценка и экспериментальное тестирование
Get PDFThe main trends in the field of improving thermal spraying processes for ceramic coatings formation is, along with enhancement of coating properties, also the reducing the energy consumption for the process. In this regard, one of the important directions for improving these technologies with plasma is the development of their new versions, using the principle of adding inexpensive fuel-oxidizing mixtures based on hydrocarbons (natural gas, liquefied gas) with air. This type of plasma-fuel type of spraying will be promising for application at the present time, first of all, in order to obtain refractory functional coatings. For this purpose, the opportunity for upgrading an industrial unit/system for plasma spraying of powder materials with arc plasma torch of 25–40 kW power was investigated with the use of experimental variant of a fuel gas-vortex intensifier. Herewith the thermal engineering assessment for possible parameters of the generated high-temperature flow from the torch with this intensifier was carried out to compare these with established thermodynamic characteristics on the applicability range of this system for optimization of the oxide and carbide coating spraying process (using the examples of Al2O3, Cr3C2 and other powders); and gas dynamic and heat transfer calculations of the intensifier operating regimes in this model unit was also performed. New regimes, which were analyzed in our research as the simulants of Al2O3 spraying, have the advantage over the N2-plasma regimes from the point of view of such kinetic parameter of powder processing as ability of heating factor of hot gas medium. Taking into account the calculated data, the experimental system was developed based on the standard spraying unit UPU-3D with a fuel intensifier of the selected design and the preliminary testing of its operation was carried out at the power of 30±2 kW under the following combination of gases in the torch: nitrogen and mixture of liquefied petroleum gas with air. This system has shown the stable operation in certain range of parameters and, according to the zonal calorimetrical measurement and photo-registration of jets, it provides 30–35 % more energy emission from torch generated jet (with attached fuel vortex chamber) in atmospheric conditions, in a comparison with the torch regime with pure N2-plasma with the same power on the arc of plasma heater. Use of the system creates an opportunity to spray carbide powders as well as oxide ones at improved intensity of coating producing in a comparison with standard regimes of commercial spraying units with N2 or Ar plasmas.К основным тенденциям в технологиях газотермического напыления керамических покрытий, наряду с оптимизацией их свойств, относится и снижение энергоемкости процесса. При этом одно из направлений в данных процессах с плазмой – это разработка новых их вариантов с использованием введения в теплоноситель недорогих смесей углеводородов с окислителем. Для решения этой задачи рассмотрена возможность модернизации промышленной системы для напыления порошковых материалов на основе дугового плазмотрона на 25–40 кВт путем применения пробного варианта топливного газо-вихревого интенсификатора. При этом сделана упрощенная теплотехническая оценка возможных параметров генерируемой высокотемпературной струи плазмотрона с данным интенсификатором для сравнения с термодинамическими данными по применимости данных систем с целью формирования оксидных и карбидных покрытий (на примере Al2O3, Cr3C2 и других порошков), а также газодинамический и тепловой расчет режимов плазменно-топливного интенсификатора в такой системе. Изученные новые режимы – имитаторы напыления Al2O3, имеют преимущество над азотно-плазменными режимами с точки зрения кинетического параметра нагрева порошков – фактора нагревательной способности (ability of heating factor, AHF) газовой среды. С учетом полученных данных выполнена разработка экспериментальной системы на базе стандартной установки напыления УПУ-3Д с интенсификатором выбранной конструкции и проведено тестирование ее работы при мощности 30 ±2 кВт и сочетании газов: азота и смеси сжиженного газа (пропан-бутана) с воздухом. Система показала стабильную работу в определенном интервале параметров и, согласно результатам предварительных калориметрических измерений и фоторегистрации струй, обеспечивает внешнее энерговыделение от выходящей из плазмотрона с топливной насадкой струи больше на 30–35 % по сравнению с вариантом работы данного нагревателя с азотной плазмой при той же мощности на дуге. Использование системы открывает возможность для напыления как карбидных, так и оксидных порошков при повышенной производительности получения покрытий в сравнении с традиционными режимами промышленных установок на азотной или аргоновой плазме
Аппаратная реализация верификации динамической лучевой терапии
Get PDFThe effectiveness of the use of modern technologies and methods of radiation treatment depends on the means of quality control of the operational parameters of the radiotherapy equipment. The development of technical means for verification of the radiation therapy plan, allowing accurate assessment of the three-dimensional dose distribution in the target, is a priority task when introducing innovative methods of radiation treatment. The aim of the work is to develop tools for assessing the three-dimensional dose distribution of radiation therapy plans with intensity modulation using the magnitude of the absolute radiation dose. The authors analyzed the existing technical means and methods for verifying radiation therapy plans on medical linear electron accelerators, and also identified their shortcomings. It is shown that these techniques for verifying the three-dimensional dose distribution do not give an accurate idea of the absolute values of the radiation dose in the target. A system and a method are proposed that allows improving the accuracy of the verification of the radiation therapy plan by using the obtained cross-calibration coefficient determined taking into account the value of the radiation output of the medical linear accelerator immediately at the time of the implementation of both this procedure and the radiation therapy session, as well as a method for verifying the plan radiation therapy with their use.Эффективность применения современных технологий и методов лучевого лечения зависит от средств контроля качества эксплуатационных параметров радиотерапевтического оборудования. Верификация плана лучевого лечения позволяет оценить соответствие дозового распределения, доставленного к мишени, запланированному распределению с погрешностью результата облучения, не превышающей заданную величину критерия приемлемости. Разработаны инструментальные средства для оценки трехмерного дозового распределения планов лучевой терапии с модуляцией интенсивности, используя величину абсолютной дозы облучения. Проведен анализ существующих технических средств и методик проведения верификации планов лучевой терапии на медицинских линейных ускорителях электронов, а также выявлены их недостатки. Показано, что данные методики осуществления верификации трехмерного дозового распределения не дают точного представления об абсолютных значениях дозы излучения в мишени. Предложены система и метод, позволяющее повысить точность проведения верификации плана лучевой терапии за счет использования полученного кросс-калибровочного коэффициента определяемого с учетом значения радиационного выхода медицинского линейного ускорителя непосредственно в момент осуществления как данной процедуры, так и сеанса лучевой терапии, а также способ проведения верификации плана лучевой терапии с их применением
Тепло- и массообмен обобщенными комплексными переменными при термической обработке и сушке теплоизоляционных материалов
Get PDFThe results of processing experimental data on heat treatment in drying processes of thin thermal insulation materials are presented. As a result of processing the experimental data by generalized complex variables, formulas for determining the heat flux density, average integral temperatures, the intensity of moisture evaporation, and the duration of the heat treatment process of materials were obtained. Based on the elements of the thermal regular regime theory, formulas for determining the rate of heating of the wet body and the rate of loss of moisture content have been established by processing experimental data using the least squares method. The conditions of the drying process in the regular mode are considered. Processing experimental data with generalized complex variables allows you to move from one coordinate system to another, from one variable to another, without performing additional time-consuming experiments. Based on the equation of drying kinetics and the generalized drying curve, the relationship between the dimensionless heat flux and the relative drying rate is given. For the single-zone method of calculating the drying rate curve, an approximate relationship for determining the relative drying rate is given. The relationship between material surface temperature and the relative drying rate in the heat treatment processes of ceramic tiles, asbestos sheets, wool felts was established. All of the above formulas were used to check the reliability of the obtained dependencies, as well as to compare the calculated values of the main parameters of the drying kinetics with the experiment.Изложены результаты анализа экспериментальных данных по термической обработке в процессах сушки тонких теплоизоляционных материалов. В результате обработки опытных данных обобщенными комплексными переменными получены формулы для определения плотности тепловых потоков, среднеинтегральных температур, интенсивности испарения влаги, продолжительности процесса термической обработки материалов. На основе элементов теории теплового регулярного режима обработкой опытных данных методом наименьших квадратов установлены формулы для определения темпа нагрева влажного тела и темпа убыли влагосодержания. Рассмотрены условия протекания процесса сушки в регулярном режиме. Обработка экспериментальных данных обобщенными комплексными переменными позволяет переходить от одних систем координат к другим, от одних переменных к другим, без проведения дополнительных трудоемких экспериментов. На основе уравнения кинетики сушки и обобщенной кривой сушки приведена связь безразмерного потока теплоты с относительной скоростью сушки. Для однозонального метода расчета кривой скорости сушки дана приближенная зависимость для определения относительной скорости сушки. Установлена связь температуры поверхности материала с относительной скоростью сушки. По всем приведенным формулам проведена проверка достоверности полученных зависимостей, а также сопоставление расчетных значений основных параметров кинетики сушки с экспериментом
Условия синтеза, кристаллическая структура и магнитные свойства селенидов Mn–Tm–Se
Get PDFSingle-phase compositions in the MnSe–TmSe quasi-binary section have been synthesized by the method of reactions in the solid phase. The crystal structure of polycrystalline powders has been studied in CuKα-radiation. It was found that the samples in the concentration range 0 x 0.7 have a cubic structure of the space group Fm m3 . An increase in the concentration of Tm cations in the Mn1–xTmxSe compositions leads to an increase in the unit cell parameter a from 0.547 nm for the Mn0.975Tm0.025Se compound to 0.566 nm for the Mn0.3Tm0.7Se composition. Thin layers of Mn1–xTmxSe solid solutions were synthesized by the flash method on optically transparent glass substrates. The film thicknesses are in the range of values from 0.8 to 3.2 µm. It has been established that Mn1–xTmxSe films also have the system NaCl, S.G.: Fm m3 . The composition of the Mn1–xTmxSe films corresponds to the chemical composition of the MnSe–TmSe charge powders. In the temperature range ~ 80–900 K, the va lues of the specific magnetization and magnetic susceptibility of the studied selenides were measured. The results obtained make it possible to determine the temperature regimes for the synthesis of new magnetic semiconductor substances, including those in the film state. The synthesized substances can be used in multifunctional microelectronic devices, as well as in the development of new materials capable of operating in wide temperature ranges and under the influence of external magnetic fields.Методом реакций в твердой фазе синтезированы однофазные составы в квазибинарном разрезе MnSe–TmSe. Кристаллическая структура поликристаллических порошков изучена в CuKα-излучении. Установлено,что образцы в интервале концентраций 0 x 0,7 имеют кубическую структуру пространственной группы Fm m3 . Изменение концентрации катионов Tm в составах Mn1–xTmxSe приводит к увеличению параметра a элементарной кристаллической ячейки от 0,547 нм для состава Mn0,975Tm0,025Se до 0,566 нм у состава Mn0,3Tm0,7Se. Методом «flash» на подложках оптически прозрачного стекла синтезированы тонкие слои твердых растворов Mn1–xTmxSe. Толщины пленок заключены в интервале значений от 0,8 до 3,2 мкм. Установлено, что пленки Mn1–xTmxSe также обладают синго-нией NaCl, S.G.: Fm m3 . Состав пленок Mn1–xTmxSe соответствует химическому составу порошков шихты MnSe–TmSe. В интервале температур ~ 80–900 К измерены величины удельной намагниченности и магнитной восприимчивости исследуемых селенидов. Полученные результаты позволяют определить температурные режимы синтеза новых магнитных полупроводниковых веществ, в том числе в пленочном состоянии. Синтезированные вещества могут быть использованы в устройствах микроэлектроники многофункционального назначения, а также при разработке новых материалов, способных работать в широких интервалах температур и при воздействии внешних магнитных полей
Получение нано- и микропорошков кубического BN из механоактивированного графитоподобного BN в условиях высоких давлений и температур с использованием алюминия в качестве инициатора фазового превращения
Get PDFAn effect of mechanical activation of graphite-like (hexagonal) boron nitride (hBN) on catalytic synthesis of nano- and micropowders of cubic boron nitride (cBN) under conditions of high pressures and temperatures is shown in the article. It has been suggested that nuclei of dense phases of boron nitride (cubic and wurtzite) are formed in the hBN structure during mechanical activation they serve as crystallization centers stimulating the formation of cBN crystals under subsequent thermobaric treatment. Additional chemical-thermal modification of hBN with aluminum as a catalyst (initiator) for the phase transformation of hBN into cBN leads to a significant increase in the content of cBN along with an increase in the synthesis pressure. Thus, the introduction of Al additives in the amount of 10 wt.% leads to an increase in the content of the cBN phase from 10–15 % under synthesis pressure of 2.5 GPa up to 90 % under pressure of 5.5 GPa. In this case, the grain size of cBN, estimated by scanning and atomic force microscopy, is mainly 200–400 nm and 40–120 nm for the samples synthesized under pressure of 2.5 and 5.5 GPa, respectively. The increase in the content of the initiator from 10 to 40 wt.% with an increase in isothermal holding time from 15 to 60 s in the studied range of pressures and temperatures leads to the formation of intergrowths of cBN grains in nano- and submicron sizes and individual cBN single crystals of a cubic habit with a grain size of 1–4 µm, as well as polycrystalline cBN particles from 10 to 50 µm. In this case, the maximum size distribution of cBN micropowders in the range up to 50 µm falls on particles up to 5 µm (~ 70 %). In the submicron grain size range the maximum yield (~ 50 %) is marked for cBN particles 0.5–0.7 µm in size. The obtained powders can be used to make abrasive and cutting tools.Рассмотрено влияние механоактивации графитоподобного (гексагонального) нитрида бора (hBN) на процесс каталитического синтеза в условиях высоких давлений и температур нано- и микропорошков кубического нитрида бора (cBN). Выдвинуто предположение, что в ходе механоактивации в структуре hBN происходит образование зародышей плотных фаз нитрида бора – кубической и вюрцитной, которые служат центрами кристаллизации, стимулирующими процесс формирования кристаллов cBN при последующей термобарической обработке. Дополнительное химико-термическое модифицирование hBN алюминием, выступающим в качестве катализатора (инициатора) фазового превращения hBN в cBN, наряду с увеличением давления синтеза способствует существенному повышению содержания cBN в спеках. Так, введение добавки Al в количестве 10 мас.% приводит к росту содержания фазы cBN с 10–15 % при давлении синтеза 2,5 ГПа до 90 % при давлении 5,5 ГПа. При этом размер зерен cBN, оцененный методами сканирующей и атомно-силовой микроскопии, составляет преимущественно 200–400 нм и 40–120 нм для образцов спеков, синтезированных при давлении 2,5 и 5,5 ГПа соответственно. Повышение содержания инициатора с 10 до 40 мас.% при увеличении времени изотермической выдержки с 15 до 60 с в исследованном диапазоне давлений и температур приводит к формированию сростков зерен cBN нано- и субмикронных размеров и отдельных монокристаллов cBN кубического габитуса зернистостью 1–4 мкм, а также поликристаллических частиц cBN от 10 до 50 мкм. При этом максимум распределения микропорошков cBN по размерам в диапазоне до 50 мкм приходится на частицы до 5 мкм (~ 70 %). В субмикронном диапазоне зернистостей максимальный выход (~ 50 %) отмечается для частиц cBN размером 0,5–0,7 мкм. Полученные порошки могут быть использованы для изготовления абразивного и лезвийного инструмента
Конструкция экрана электромагнитного излучения на основе псевдоовальных рассеивающих элементов для защиты информации от утечки по электромагнитному каналу
Get PDFThe results of the study of the values of the reflection coefficients and the effective scattering surface of the developed design of the electromagnetic radiation screen in the frequency range of 2…12 GHz are considered. The structure consists of a layer of moisture-containing pseudo-oval scattering elements with linear dimensions of 1…4, 1…2 and 10…20 mm, which is placed between two layers of polyurethane sealing mastic. The use of pseudo-oval elements with linear dimensions of 1…4 mm containing solutions made on the basis of a 20 % solution in the developed electromagnetic radiation screen design allows reducing the values of the reflection coefficients of electromagnetic radiation at frequencies 4.2…6.5 and 1.0…4.1, 8.0…12.0 GHz. The formation of a screen design based on elements with linear dimensions of 1…2 and 10…20 mm, impregnated with a 20 % sodium chloride solution, leads to a decrease in the values of reflection coefficients in the frequency range of 2…12 GHz. It is established that the values of the effective scattering surface of ground objects in case of placing or fixing of the specified design variant of the electromagnetic radiation screen on their surface are 0.6…24.0 m2 in the frequency range of 2…12 GHz. This makes it significantly difficult to obtain reliable information about the location and characteristics of ground objects in the frequency range under consideration.Рассмотрены результаты исследования значений коэффициентов отражения и эффективной поверхности рассеяния разработанной конструкции экрана электромагнитного излучения в диапазоне частот 2…12 ГГц. Конструкция состоит из слоя влагосодержащих псевдоовальных рассеивающих элементов с линейными размерами 1…4, 1…2 и 10…20 мм, который размещен между двумя слоями полиуретановой герметизирующей мастики. Применение в разработанной конструкции экрана электромагнитного излучения псевдоовальных элементов с линейными размерами 1…4 мм, содержащих растворы, выполненные на основе 20%-ного раствора, позволяет снизить значения коэффициентов отражения электромагнитного излучения на частотах 4,2…6,5 и 1,0…4,1, 8,0…12,0 ГГц. Формирование конструкции экрана электромагнитного излучения на основе элементов с линейными размерами 1…2 и 10…20 мм, пропитанных 20%-ным раствором хлорида натрия, приводит к снижению значений коэффициентов отражения в диапазоне частот 2…12 ГГц. Установлено, что значения эффективной поверхности рассеяния наземных объектов в случае размещения или закрепления на их поверхности указанного варианта конструкции экрана электромагнитного излучения составляют 0,6…24,0 м2 в диапазоне частот 2…12 ГГц, что обусловливает существенное затруднение получение достоверной информации о местоположении и характеристиках наземных объектов в рассматриваемом диапазоне частот.
Разработка технологии доизвлечения запасов калийной руды из ранее отработанных панелей на глубинах свыше 600 метров Старобинского месторождения калийных солей
Get PDFStudied the possibility to extend the life of the Production Unit no. 3 mine of JSC “Belaruskali” through the additional extraction of sylvinite ore reserves left in the previously mined panels of the mine field of the 3rd potash level. It was determined, that during the period from 1971 to 1980 a considerable part of the southern direction of the mine field on the area of more than 5,3 million m2 was mined by the roadways on the layers 2, 2–3, 3 without the mining of the 4th sylvinite layer. The volume of the leftover reserves of minerals in the mined panels makes more than 22 million tons. There is direct access to these panels from the main southern gates. As a study result of geological structure of the mined panels it was determined that under the influence of rock pressure the undermined sylvinite layer no. 4 took the form of a wave-shaped seam with the capacity of about 1 meter which rests on compressed inter-chamber pillars and on compressed rocks of layers 2, 2–3, 3 of destroyed inter-roadway pillars, which fills the space of the roadways. Such geological structure of the seam enables to extract minerals using the technology of selective layer mining by successive top and bottom faces. As a study result of the stability of the mine workings performed along the roadways and inter-chamber pillars under conditions of different roof positioning, it was determined that during the preparation of the faces the most advantageous locations for development workings are the areas previously mined by the room and pillar mining system. In this case, the highest stability of mine workings located in the stopes of the room and pillar mining system will be provided by their roofing location with cut of 0.15 m of the 4th sylvinite layer. When this occurs, their predicted life without repair, even without the use of special protection methods, would be between 3.5 and 8 years. Based on the results of the study, a conclusion was made on the technical possibility and economic feasibility of additional extraction of sylvinite ore reserves left in the western panels of the southern direction of the mine field of the 3rd potash level of the Production Unit no. 3 mine, finished over 40 years ago by the room and pillar mining system using selective layer mining technology by the longwall faces. With minimal capital, organizational and technical expenditures, the extraction of these reserves will allow the company to produce additionally 5.5 million tons of potash fertilizers.Изучена возможность продления срока службы рудника Третьего рудоуправления ОАО «Беларуськалий» за счет доизвлечения запасов сильвинитовой руды, оставленных на глубинах свыше 600 м в отработанных ранее панелях шахтного поля Третьего калийного горизонта Старобинского месторождения калийных солей. Установлено, что в период с 1971 по 1980 г. значительная часть южного направления шахтного поля на площади более 5.3 млн м2 была отработана очистными ходами по слоям 2, 2–3, 3 без выемки 4-го сильвинитового слоя. Объем оставленных запасов полезного ископаемого в отработанных панелях составляет более 22 млн т. При этом имеется прямой доступ к этим панелям со стороны главных южных штреков. В результате изучения геологического строения отработанных панелей установлено, что под воздействием горного давления, подработанный 4-й сильвинитовый слой принял вид пласта волнообразного профиля, мощностью около 1 м, который покоится на сдавленных межкамерных целиках и на уплотненных породах слоев 2, 2–3, 3 разрушенных межходовых целиков, заполнивших пространство очистных ходов. Такое геологическое строение пласта делает возможным извлечение полезного ископаемого с применением технологии слоевой селективной выемки последовательно верхней и нижней лавами. В результате изучения устойчивости выработок, пройденных по очистным ходам и межкамерным целикам, в условиях разной привязки кровли установлено, что при подготовке очистных лав наиболее рациональными местами заложения подготовительных выработок являются участки ранее отработанные камерной системой, при этом наиболее высокую устойчивость выработок при расположении в очистных блоках камерной системы обеспечит привязка их кровли с прирезкой 0,15 м 4-го сильвинитового слоя. В этом случае их прогнозируемый безремонтный срок службы, даже без применения специальных способов охраны, составит от 3,5 до 8 лет. На основании результатов исследования сделан вывод о технической возможности и экономической целесообразности доизвлечения запасов сильвинитовой руды, оставленных в западных панелях южного направления шахтного поля Третьего калийного горизонта рудника Третьего рудоуправления, отработанных более 40 лет назад камерной системой разработки с использованием технологии слоевой селективной выемки пласта очистными лавами. При минимальных капитальных и организационно-технических затратах извлечение указанных запасов полезного ископаемого позволит предприятию выпустить дополнительно около 5,5 млн т калийных удобрений
Расчетная модель напряженного состояния зоны контакта зубьев поверхностно упрочненных зубчатых колес
Get PDFStress state of the surface layer in the contact zone of mating teeth of cylindrical gears has been studied. It is established that stressed state of contact surfaces in the meshing pole of mating teeth is characterized not only by surface contact stresses, but also by deep equivalent stresses. It is shown that under contact loading the stressed state of surface layer is heterogeneous and changes with distance from the surface. Analysis and substantiation of calculation model for stressed state of diffusion layer in contact zone of mating teeth of surface-hardened gears are performed. Value of coefficient, which takes into account influence of normal stresses on efficiency of tangential ones, is specified. Reliability and validity of model of calculation of stressed condition of surface layer in contact zone of mating teeth of surface-hardened gears were estimated according to results of full-scale bench tests of the gears made of cemented steel 20ХГНР. The values of contact stresses in tooth meshing pole were corrected considering the load concentration across the width of cogged ring gear. Spalling depth of damaged teeth was determined by measuring impressions taken from the teeth of each examined gear with methacrylic resin. It is established that the nucleation zone of deep contact pitting for gears with 6.5 mm module is on the depth of occurrence of calculated maximum equivalent shear stresses. The consistency of the calculation results with the experimental data shows the validity of the calculated stress-strain model for involute gears.Рассмотрено напряженное состояние поверхностного слоя в зоне контакта сопряженных зубьев цилиндрических зубчатых колес, которое характеризуется не только поверхностными, но и глубинными эквивалентными напряжениями. Показано, что при контактном нагружении напряженное состояние поверхностного слоя неоднородное и зависит от расстояния от поверхности. Выполнены анализ и обоснование расчетной модели напряженного состояния диффузионного слоя в зоне контакта сопряженных зубьев поверхностно упрочненных зубчатых колес. Уточнено значение коэффициента, учитывающего влияние нормальных напряжений на эффективность касательных. Достоверность и обоснованность модели расчета напряженного состояния поверхностного слоя в зоне контакта сопряженных зубьев поверхностно упрочненных зубчатых колес оценивали по результатам натурных стендовых испытаний зубчатых передач, изготовленных из цементуемой стали 20ХГНР. Значения контактных напряжений в полюсе зацепления зубьев корректировали с учетом концентрации нагрузки по ширине зубчатого венца. Глубину выкрашивания поврежденных зубьев определяли путем замеров слепков, снятых с зубьев каждой исследованной шестерни с использованием метакриловой смолы. Установлено, что зона зарождения глубинного контактного выкрашивания для шестерен с модулем 6,5 мм находится на глубине залегания расчетных максимальных эквивалентных касательных напряжений. Согласованность результатов расчета с экспериментальными данными показывает обоснованность применения расчетной модели напряженного состояния для эвольвентных зубчатых колес