Роль матеріалів у сучасній техніці

Матеріали відіграють визначальну роль у технічному прогресі. Вище ми розглядали приклад з області обчислювальної техніки, коли вдосконалювання матеріалу й технології виготовлення елементів устаткування з нього приводить до радикально нових результатів. Можна навести ще приклади з інших галузей техніки.

Наприклад, виготовлення балонів для зберігання газів під тиском. Вага балона визначається товщиною стінки посудини, яка, у свою чергу, визначається механічною міцністю матеріалу. Чим менш міцний матеріал, тем важче посудина. Отож, посудина для зберігання азоту, приблизно на тиск 100 атм, обсягом 100 л, виготовлений зі сталі має різна вага в різних країнах, де різна технологія виготовлення стали й, відповідно, різна її механічна міцність. Наприклад вищезгадана посудина в США має вага 40 кг, у нас - 80 кг, а в Китаї - 150 кг.

Розробка нових електротехнічних матеріалів з поліпшеними або новими експлуатаційними властивостями сприяє поліпшенню експлуатаційних характеристик електротехнічних виробів.

Інший приклад, більш близький до енергетики. Робоча напруженість електричного поля в потужному імпульсному накопичувачі енергії (великий конденсатор, у якім у якості діелектрика є вода) в американському накопичувачі «Юпітер» вибирається 150 кВ/см, а в російському накопичувачі «Ангара» - усього 80 кВ/см. В американців краще технологія готування води й електродів, отже, краще властивості матеріалу (води) у накопичувачі, значить пробій у воді досягається при більш високій напруженості, і можна вибрати більшу робочу напруженість.

Ще більш близький приклад - ізолятори високовольтних ліній. Історично першими придумали ізолятори з порцеляни. Технологія їх виготовлення досить складна, примхлива. Ізолятори виходять досить громіздкими й важкими. Навчилися працювати зі склом - з'явилися скляні ізолятори. Вони легше, дешевше, їхня діагностика трохи простіше. І, нарешті останні винаходи - це ізолятори із кремнійорганичної гуми. Перші ізолятори з гуми були не дуже вдалі. На їхній поверхні із часом утворювалися мікротріщини, у яких набивався бруд, утворювалися провідні треки, потім ізолятори пробивалися. Докладне вивчення поведінки ізоляторів в електричнім полі проводів повітряних ліній в умовах зовнішніх атмосферних впливів, дозволило підібрати ряд добавок, що поліпшили атмосферо стійкість, стійкість стосовно забруднень і дії електричних розрядів. У результаті зараз створений цілий клас легких, міцних ізоляторів на різні рівні напруги.

Для порівняння, вага підвісних ізоляторів для ВЛ 1150 кВ зіставимо з вагою проводів у прольоті між опорами й становить кілька тонн. Це змушує ставити додаткові паралельні гірлянди ізоляторів, що збільшує навантаження на опору. Потрібно використовувати більш міцні, а значить більш масивні опори. Це збільшує матеріалоємність, велику вагу опор значно піднімає витрати на монтаж. Для довідки, вартість монтажу становить до 70% вартості будівництва лінії електропередач. На прикладі видне, як один елемент конструкції впливає на конструкцію в цілому. Застосування кремнійорганичної гуми дозволяє різко здешевити й прискорити будівництво. Основою для цього прогресу є розробка й використання для ізоляторів нових електротехнічних матеріалів. Легкі ізолятори дають можливість полегшити опори, тим самим зменшується вітрове навантаження, здешевлюється виготовлення, доставка й монтаж повітряних ліній.

Наприклад, створення нагрівостійких кремнійорганичних діелектриків дозволило підвищити робочі температури електричних машин і тим самим значно збільшити потужність машини без збільшення її габаритів і ваги.

Дата добавления: 2014-01-04