- То есть как с приспособлениями ... получается, что для ЧПУ тоже нужны свои приспособления, даже если почти каждое движение можно аппроксимировать через последовательность продольных и поперечных подач, но все-таки целесообразнее использовать специализированные приспособления ... ага ...
Ну, разумно - то же самое у нас происходило и с технологией обработки металлов при обычном, ручном управлении - был выполнен грандиозный переход от работы на чисто универсальных станках к работе пусть даже на тех же станках, но со спецприспособлениями, ускорявшими и упрощавшими изготовление изделий - гибкость разменивалась на скорость. Для той же круговой подачи у нас ведь было несколько вариантов приспособлений - поначалу мы на них вытачивали даже шарики для подшипников. Но в случае с ЧПУ на эти приспособления требовалось устанавливать еще и привод, дополнительные датчики, выполнять проводку - приспособления для ЧПУ были сложнее, места для них требовалось больше, снова надо было менять подход к конструированию.
Впрочем, станочникам было не привыкать - так было и с переходом к легким станинам, и с введением механических управляющих систем - опыт разработки новых конструкций уже был, и немалый. Новые-то станки мы уже выпускали с возможностью установки средств автоматизации, пусть и рассчитанной на механику - в конструкции станин были предусмотрены крепления для блоков управления и обработки, установки дополнительных направляющих - станки можно было наращивать. Правда, наращивание разъемными креплениями снижало жесткость - они со временем будут разбалтываться, возрастет вибрация, отдавливание конструкций - то есть снизятся точность и чистота обработки, поэтому за такими вещами необходимо будет следить и вовремя подкручивать винты, менять настроечные прокладки и клинья - сама подналадка дополнительного оборудования тоже была нетривиальной задачей.
Частично эти проблемы решались новыми элементами. Так, для увеличения жесткости мы делали станины с развитыми выносными площадками, чтобы увеличить плечо упора дополнительного оборудования. К такому решению мы пришли не сразу, поначалу просто привинчивали новые блоки к станинам чуть ли не хомутиками - но от такого исполнения страдала сама идея автоматизации, когда рабочим приходилось постоянно подкручивать и подлаживать, и казалось, что времени тратится даже больше, чем если бы работали вручную. Поэтому-то мы и вводили в конструкцию станин новые силовые элементы, благо литейщики и уже научились делать отливки сложной пространственной конструкции - с вылетами, проемами, да и электрошлаковая сварка позволяла строить практически любые пространственные конструкции. Ну а прокатчики могли выдавать нужные профили - как по сечению, так и по толщине.
Причем в качестве материала для станин мы стали использовать и железобетон, благо что этот материал был нам хорошо знаком. Еще летом сорок первого мы заливали бетон между листами лобовой брони наших самоходок. Осенью я предложил делать станины для станков из бетона или кирпича, так как со сталью и чугуном тогда были проблемы - не хватило бы еще и на такие металлоемкие конструкции. Народ побурчал, но понемногу начал создавать и железобетонные станины, особенно когда узнали, что на других заводах СССР так тоже поступали - например, в сорок первом, еще до войны, на Коломенском станкостроительном сделали станки с железобетонными станинами для протягивания глубоких отверстий. И станки работали до сих пор, причем количество и номенклатура таких станков понемногу росла. Ну и наши разохотились, благо что по прочности на сжатие бетон не уступал стали или чугуну, изготовление бетонных конструкций было гораздо проще - усадка стали или чугуна достигает трех процентов, тогда как железобетона - всего 0,015% - надо только использовать бетон высоких марок, брать поменьше воды и как следует трамбовать - так что проектирование опалубки получалось даже проще, чем литьевых форм или ручьев прокатных валков.
Правда, сейчас со стальными конструкциями стало гораздо лучше, но из железобетона все-равно делались станины для крупных станков и металлопрокатного оборудования, бетон стали применять даже для изготовления клетей прокатных станов, только там его заливали в сварные короба со стенками толщиной сантиметр-полтора - но это все-равно было проще, чем отливать такие массивные конструкции. Раза в три, а то и в пять - по сути, в сентябре сорок третьего была запущена поточная линия по производству прокатных станин - как я упоминал, проката нам потребуется много, и народ решил облегчить себе задачу. И не только в части станин - рольганги для перемещение проката тоже начали строить из железобетона - они ведь могут быть длиной и до полукилометра, стали на них не напасешься, а надо - прежде всего для проката тонкого листа, когда один сляб может быть раскатан в полосу длиной несколько сотен метров - без длинных рольгангов ее пришлось бы постоянон резать на все меньшие куски - а это и дополнительная трудоемкость и, самое главное - потеря времени. А время для проката - на вес золота - металл остынет - и придется загонять его снова в печку - а попробуй загони в печку частично прокатанные листы - да их снова резать-скатывать в рулоны, затем снова раскатывать - громадные потери времени, топлива, да и металла на угар. С длинными же рольгангами и несколькими - чуть ли не с десяток-полтора - клетями поток проката можно пустить напрямую - из сляба в лист нужной толщины - вжик - и через пару минут бывший сляб уже сматывается в рулоны листа-миллиметровки. Вот наши и решили обойтись малой кровью, использовав бетон по максимуму. Ну а для производства закладных изделий из металла, которые будут закладываться в бетон перед заливкой - направляющие, опоры для подшипников - сделали спецстанки - этих изделий потребуется много, но прямо сейчас, поэтому решили не дожидаться результатов работ по ЧПУ.
Так что собственно производство станков мы сейчас начали притормаживать, в том числе и из-за разработок по ЧПУ - несколько лет протянем на существующем станочном парке, ну, что-то возьмем (да и уже взяли !) в Германии - а потом будем работать на цифре - по расчетам, потребности в станочном парке уменьшатся минимум наполовину, а то и на порядок - помнится, и СССР под закат планировал снижение производства обычных металлообрабатывающих станков чуть ли не на треть - все за счет станков с ЧПУ, причем по количеству они не компенсировали снижение производства станков, но по объему снимаемого металла - наоборот - предполагалось увеличение. Первая часть плана - снижение производства - с развалом СССР была "выполнена", а вот вторая - нет. Я же рассчитывал довести этот план до конца. Разве что для опробованных и массовых изделий - автоматов, патронов, велосипедов, двигателей - пока будем совершенствовать станки и вводить поточные линии.
ГЛАВА 18.
Так что цифровое управление постепенно просачивалось от микроэлектронщиков в другие отрасли. Как я уже рассказывал ранее, получили свою управляющуюу ЭВМ и топливная лаборатория высоких давлений, в которой исследовались вопросы переработки топлив. Причем, как я рассказывал ранее, в лаборатории исследовали не только способы получения бензина и диезльного топлива из нефти, но и из синтез-газа - смеси угарного газа и водорода, полученной при обдувании водяным паром раскаленного кокса - в нашем случае торфяного. А также исследовали получение из синтез газа метанола - то есть метилового спирта, который уже широко использовался не только в качестве топлива, но и для синтеза нужных веществ - напомню, к сентябрю сорок третьего мы получали уже семьсот тонн метанола в сутки на установках с цинк-хром-медными катализаторами, позволявшими снизить потребное давление - и это помимо еще пары сотен тонн на обычных - старых - перегонных установках. С весны сорок второго шли исследования и по производству нового для нас вида топлива - диметилэфира, который, как показали первые результаты опытного применения, вполне мог заменить дизельное топливо в гражданской сфере - для компактного хранения его требовалось сжижать под давлением в несколько атмосфер - как и бутан-пропановые смеси моего времени, а также был на треть менее калорийным чем дизельное топливо, но зато он сгорал полнее, отчего медленнее прогорали клапана и их седла, да и КПД использования топлива повышался, да при этом он сгорал медленнее, отчего уменьшались шум и нагрузка на детали двигателя - то есть применение ДМЭ обещало более длительную работу двигателей между капремонтами. В боевой обстановке баки будут слишком уязвимыми, а вот в мирной обстановке - в самый раз.
И для всех этих исследований требовалось проводить множество опытов, в которых в качестве катализаторов исследвались самые разные вещества - собственно, для интенсификации этих опытов и потребовалась управляющая ЭВМ. И вот, получив ее в конце сорок второго года, весной сорок третьего исследователи засунули в катализатор алюминий, точнее - его оксид - при 50-100 атмосферах и температурах до трехсот градусов две молекулы метилового спирта превращаются на оксиде алюминия в молекулу ДМЭ и молекулу воды. Правда, за один прогон реагирует всего 10-15%, поэтому смесь надо гонять через реактор несколько раз, одновременно избавляя от воды - сложно, увеличивается расход элекроэнергии на перекачку и досжатие. Да и реакторных емкостей требовалось две - в первой получали метиловый спирт, во второй - уже сам ДМЭ. Но на некоторых катализаторах и при некоторых условиях исследователям удавалось получить ДМЭ и за один прогон, причем с выходом ДМЭ сразу под 90%, что существенно экономило не только электроэнергию, но и само оборудование - тут было достаточно только одной емкости вместо двух. Выгода была очевидна, но процесс пока не давался, так что народ с исступлением пробовал все новые и новые параметры.
А в качестве катализаторов использовались цеолиты. Ведь сами по себе цеолиты - это гидраты алюмосилиактов, то есть механические соединения окислов алюминия, кремния, а также еще каких-то металлов - калия, натрия, кальция и так далее. То есть они изначально содержат алюминий. И добавляя туда другие металлы, по идее можно было получить катализаторы с нужными свойствами. Впрочем, использование их в качестве катализаторов было побочным эффектом, а так-то изначально мы исследовали и даже уже использовали для разделения смесей. Сами по себе цеолиты были известны давно, а в 1925 году Вейгель и Штейнгофф открыли их способность отфильтровывать молекулы веществ. Точнее, вбирать в себя одни молекулы и практически не вбирать другие. Эта особенность была обусловлена строением цеолитов - кристаллическая решетка состоит из окислов кремния, которые соединяются молекулами кислорода, отчего эти образуют тетраэдры и между ними существуют промежутки. Но в некоторых узлах окислы кремния замещены окислами алюминия, а так как кремний имеет заряд 4+, а алюминий - 3+, то внутри каналов возникает остаточный отрицательный заряд - возникает полярность каналов. А если туда напихать еще каких-то катионов - оксидов натрия, калия, бария и тому подобное, то поменяется не только заряд, но и размер решетки, а соответственно и каналов, так как каждый из этих катионов имеет свой радиус. Причем чем больше алюминия, тем больше можно напихать катионов других металлов, так как те компенсируют отрицательный заряд и поэтому "принимаются" без проблем, так как "решают" важную задачу.
Способность к адсорбции тех или иных веществ определялась как раз наличием тех или иных катионов. Собственно, цеолиты и подразделялись на минералы разного состава - шабазит, фаязит, морденит и так далее. И сама-то структура цеолита зависела от соотношения катионов, которые взаимодейтствовали между собой во всех трех направлениях и придавали ту или иную структуру - если все три силы равноценны, получается нормальная трехмерная решетка, если в каком-то направлении силы слабее - получается слоистая структура, а если силы слабые в двух направлениях - цепочечная.
Так, подбирая соотношение кремния, алюминия и катионов, можно было управлять структурой, размерами каналов и полярностью цеолитов. Причем если в природе вещества, участвующие в их образовании, загрязнены множеством примесей, то мы могли "подсунуть" в реакцию чистые вещества и таким образом получать цеолиты с нужными параметрами. Сам синтез был сравнительно несложным делом - надо было "всего-то" повторить природные условия их формирования из перегретых водных растворов веществ под давлением. Мы синтезировали их в автоклавах - из растворов алюмината натрия, водной суспензии кремневой кислоты и щелочи. Собственно, точно по такой же технологии мы получали пьезокерамику, так что процессы нам были известны. В зависимости от типа щелочи, а также температуры и времени реакции получались разные цеолиты. Скажем, если в качестве шелочных металлов выступал только кальций, получали левинит, если к этому добавлялся натрий - получали шабазит, гмелинит или фаязит, а если присутствовал еще и калий - то морденит. Для цеолитов с барием, стронцием и другими металлами природных аналогов нам было неизвестно. Время реакции - от 15 минут до нескольких суток, температуры - от 85 до 300 градусов - набор параметров был велик и еще изучался. Но американцам мы подметки уже подрезали - в США цеолитами занимался Баррер, и в 1942 он запатентовал способ разделения углеводородов при помощи молекулярных сит на основе цеолитов. А мы - через подставную фирму - запатентовали сам способ получения синтетических цеолитов (в РИ этот патент Баррер получил в 1946 году).
И каждая разновидность цеолита имела свои размеры решетки, точнее - пор. Так, фаязит имел сравнительно большие каналы сечением 12 ангстрем, в которые проникали большие молекулы апарафинов, изопарафинов. А другая разновидность фаязита имела каналы уже 24 ангстрема - тут уже проникали и ароматические углеводороды. А вот шабазиты имели каналы только 4,9 ангстрема - тут пролезут только мелкие молекулы - метан, этан, уже хуже - пропан, гептан. Натрийморденит имеет каналы еше мельче - тут почти не проходят метан и этан, не говоря уж о крупных молекулах, а левиниты с каналами 3,8 ангстрема не пропускают даже их, принимая только газы типа азота, и с трудом поглощают даже соляную кислоту, аммиак, аргон. Наши исследователи уже активно пользовались этими свойствами цеолитов, прежде всего для разделения фракций и получения чистых веществ. Но цеолиты начинали все активнее работать и в промышленности. Например, для осушки газов и жидкостей - цеолиты впитывали пары воды, и затем такие фильтры было достаточно нагреть в вакууме - и можно снова отбирать воду из газов. Впрочем, цеолиты использовались для улавливания и других веществ из газов - сероводорода, аммиаков и так далее - пусть даже в материал вбиралось несколько газов, их потом было уже легче разделять с помощью других видов цеолитов или другими способами - например, охлаждением, когда одни газы начинали сжижаться раньше, чем другие. Так, один грамм цеолита с порами 5 ангстрем поглощает 0,2 грамма воды, 0,126 грамма углекислоты, 0,024 грамма азота и 0,008 грамм кислорода, так что может работать и как поглотитель углекислоты на подводных лодках - мы уже испытывали такие аппараты на своих лодках, захваченных еще в 1942 в Кенигсберге. Ну или разделение гептана и толуола, этана и пропана - цеолиты применялись нами для разделения уже полусотни смесей.
А вбирающая способность была невероятна - так, прощадь поверхности одного грамма цеолита была от 140 до 1000 квадратных метров. Это не опечатка - именно метров. Другими словами, на поверхности кристаллической решетки в одном грамме цеолита могло поместиться десять соток - да у моих родителей огород всего шесть соток !
Причем наши исследователи уже навострились менять размеры пор чуть ли не на ходу, произвольно - они обрабатывали уже готовые цеолиты растворами, замещали одни ионы другими и смотрели что получится. Так, шабазит с преобладанием натрия обрабатывали концентрировнными растворами солей кальция, кальций замещал натрий, а так как его радиус больше, решетка чуть раздвигалась (причем без ее разрушения), поры увеличивались - увеличивалась и способность цеолита поглощать крупные молекулы. И наоборот - замещение кальция натрием сжимала решетку и цеолит поглощал только мелкие молекулы. Да там вообще была какая-то фантастика. Так, исследователи создавали кристаллы с повышенным содержанием оксидов алюминия - и решетка приобретала больший заряд, так как часть инертных оксидов кремния была замещена алюминием. А если при этом запихивались одновалентные катионы - калий, натрий, а не двухвалентные - типа кальция - то поляризация пор повышалась и они сильнее захватывали поляризованные молекулы типа воды, но тем сложнее потом и отпускали их при регенерации цеолита - его требовалось нагревать сильнее, чтобы он отдал захваченную воду. То есть свойствами кристаллов игрались как детскими кубиками, управляя с помощью механики электрическими свойствами внутрикристалльного пространства. Впрочем, повышенное содержание оксида кремния, наоборот, повышало прочность самих кристаллов, что было важно для ряда процессов, так что "фантастика" имела свои ограничения.
Эту-то "фантастику" исследователи и пытались прикрутить к синтезу диметилэфира, причем уже одностадийному. Сам по себе синтез ДМЭ из метанола - это реакция дегидрирования, когда из двух молекул метанола получается молекула ДМЭ и молекула воды. Казалось бы - победа ! Но молекула воды содержит два атома водорода, которые уходят в пар вместо того, чтобы образовать полезные вещества. Непорядок. Грабят. Но если в реакцию запустить побольше угарного газа, уже он будет отнимать от молекулы воды атом кислорода - водород снова высвобождается и становится готовым для дальнейших реакций, и заодно получается молекула углекислого газа - а она может соединиться с тем же водородом на поверхности медного катализатора и дать метиловый спирт, который на соседнем - алюминиевом - катализаторе сможет поучаствовать в синтезе ДМЭ. То есть если бы удалось подавать в реакционную камеру побольше угарного газа, а катализаторы работали бы слаженно - процесс был бы очень эффективным - на цинк-хромовых участках катализатора из угарного газа и водорода образовывался бы метанол, на медных - из углекислого газа и водорода - снова метанол, на алюминиевых - из метанола - ДМЭ, и угарный газ разлагал бы получающуюся воду на углекислый газ и водород - и снова на меди получаем метанол. То есть надо как можно больше подавать угарного газа - чтобы он не только создавал метанол, но и расщеплял бы воду. Ну а уж что не успело прореагировать - выводить из камеры - ДМЭ-то там точно больше не нужен, затем сепарировать - перегонять в колоннах, охлаждать - и конечный продукт - ДМЭ - совсем выводить за пределы установки, а остальные продукты заворачивать обратно.
Вот над такой схемой исследователи теперь и корпели - сам-то ДМЭ из метанола мы уже получали, пока мирясь с отбросами в виде воды, теперь хотелось получать его более эффективно. Но - пока на лабораторных столах - слишком уж сложные получались и взаимозависимости, и катализаторы - дополнительные-то порции угарного газа получали из поставленной рядом газогенераторной установки, а вот все это совместить - тут требовалось множество экспериментов. И я, несмотря на заверения что "мы вот-вот уже все получим", все-таки отдал распоряжения запустить в массовое производство раздельный синтез - топливо нам было нужно здесь и сейчас, а раздельный процесс уже был отлажен в сравнительно промышленных масштабах - собственно, метанол мы вырабатывали уже более года, и к установкам добавлялись только реакционные камеры для синтеза ДМЭ - там и было-то разницы что другой катализатор. Лишь напоследок бросил экспериментаторам "Да пускайте эту воду обратно на газификацию ... ну или обрабатывайте ее угарным газом в отдельном объеме - и не придется возиться с комплексными процессами ..." - и ушел, оставив всехв недоумении. Собственно, так вскоре и сделали, но и работы по комплексным процессам катализации не оставили - тема была очень интересная.
Так что летом 1943го на ДМЭ уже бегало несколько десятков единиц техники - пока в качестве эксперимента и в основном строительной - краны, грейдеры, бульдозеры, экскаваторы, самосвалы - ездить на дальние расстояния им не требуется, поэтому если что-то сломается, то ремонтники смогут быстро починить. Да если и не сломается - мы все-равно ежедневно отслеживали состояние двигателей - все-таки дело новое, надо присмотреть. На фронт двигатели на ДМЭ мы посылать и не собирались - баллон высокого давления, в котоом хранился ДМЭ - слишком уязвимая вещь - пробьют - все топливо хорошо если быстр испарится, а то ведь может накопиться во внутреннем объеме бронетехники и рвануть. Да и так может рвануть - все-таки шесть-восемь атмосфер - если они вырвутся из бака в обитаемые объемы - экипажу мало не покажется. Так что ДМЭ использовался там, где не стреляют, ну если и стреляют, то нечасто - какие-нибудь лесные бандиты или шальные самолеты фрицев.
Правда, не обошлось без проблем. Так, после разогрева двигателя стали обнаруживаться провалы в его работе. Оказалось, что ДМЭ, шедший по топливопроводу, разогревался, его давления, полученного от топливного бака, уже не хватало, чтобы оставаться в жидком состоянии, он переходил в газ - возникала газовая пробка. Пришлось ставить подкачивающий насос и датчики давления и температуры. Так же некоторые сорта резины оказались нестойки к ДМЭ - тут еще предстояло подобрать нужные рецептуры, так что пока стали чаще менять прокладки и уплотнения. В остальном же мы пока сдержанно отмечали несомненный успех нового топлива.