В конце марта 2022 года Центр НТИ "Цифровое материаловедение: новые материалы и вещества" МГТУ им. Н.Э.Баумана сообщил, что разработал цифровую технологию автоматизированного подбора состава и прогнозирования свойств полупроводящих матриц для саморегулирующихся греющих кабелей. Саморегулирующиеся греющие кабели имеют широкую область применения от обогрева домов и антиобледенительных систем до объектов нефтегазовой инфраструктуры. О том, как сегодня применяется решение, — в материале.
Главные достижения
К настоящему времени проект успешно завершен. В середине 2022 года специалисты закончили разработку отдельных подсистем цифровой технологии. Функционал отдельных подсистем охватывает разработку материалов для матриц саморегулирующихся кабелей, прогнозирование их специальных и эксплуатационных характеристик, рекомендации по технологическому процессу изготовления материалов и их переработки и многое другое.
В целом, разработанная цифровая технология позволяет создавать матрицы саморегулирующих греющих кабелей под конкретные условия эксплуатации. В июне был создан модуль “Формирование базы данных”, нацеленный на переориентирование производств на использование отечественного сырья и создание готовых решений под запросы конечных потребителей
Во второй половине года было установлено программное обеспечение цифровой технологии на оборудование нашего Центра НТИ, проведены испытания и тестовая эксплуатация технологии. По итогам которых было принято решение о внедрении технологии и использовании в рамках коммерческой деятельности Центра.
Разработка нацелена на предприятия кабельной отрасли для снижения себестоимости производимой ими продукции и расширения ее ассортимента.
Стоимость снижается за счет автоматизированного подбора состава, оптимизированного технологического процесса, использования доступного сырья при производстве продукции. При этом можно использовать отечественное сырье.
Уникальность
Разработка новых устройств и оборудования, их вывод на рынок, требует от ученых создания новых материалов, в том числе полимерных, с необходимыми свойствами. И чтобы этот процесс не превращался в серию дорогостоящих испытаний образцов важно уметь предсказывать эти качества еще на этапе подбора состава материала.
Новая цифровая технология позволяет точно определить состав компонентов (полимерной матрицы) на этапе разработки будущего нагревательного кабеля, при котором в матрице кабеля будет возникать эффект саморегулирования сопротивления, а значит и потребляемой мощности, в зависимости от температуры окружающей среды.
Полупроводящая матрица — основной элемент саморегулирующего кабеля, представляющий собой композиционный полимерный материал с положительным температурным коэффициентом сопротивления. На практике это означает, что при расположении такого материала между двумя токопроводящими жилами, при низкой температуре окружающей среды матрица проводит электрический ток и нагревается, а при высокой приобретает свойства диэлектрика. Таким образом, регулирование тепловыделения кабеля происходит исключительно за счет свойств материала матрицы, что приводит к значительной экономической и энергетической эффективности.
Задача создания матриц саморегулируемых кабелей решается за счет добавления в полимерные термопластичные материалы токопроводящих углеродных наполнителей и других компонентов, а также подбора параметров технологического процесса получения композитов. Следует отметить, что подобные материалы “капризны” и для обеспечения их адекватной работы следует применять многофакторный анализ взаимодействия состав-технология-свойства, что и осуществляется при помощи новой цифровой технологии ЦК НТИ.
Зачем это нужно
Нагревательные кабели могут использоваться в составе теплых полов, а также в системах обогрева нефтепроводов в полярных районах.
Саморегулирующийся греющий кабель используется в системах электрообогрева трубопроводов, резервуаров, водосточных систем, кровель зданий и сооружений как бытовой, так и промышленной инфраструктуры, в том числе во взрывоопасных зонах. Кабели можно использовать и для подогрева автомобильных дорог, тротуаров и взлетно-посадочных полос. Уникальное свойство такого кабеля заключается в автоматическом изменении им своего тепловыделения в зависимости от изменения температуры окружающей среды.
Помимо этого, кроме высокой энергетической и экономической эффективности социально-экономический эффект от использования такой разработки заключается как в уменьшении количества несчастных случаев, являющихся следствием падения наледи с крыш домов, снижении травмоопасности в период гололедицы, так и в экономии затрат на проведение ремонта и восстановление систем водо- и теплоснабжения.