4.5.5. Явление самосинхронизации вращающихся тел: вред и польза.

Резонанс особенно опасен в системах с многими вращающимися частями. В таких системах резонанс может возникнуть самопроизвольно за счет явления синхронизации вращающихся тел (открытие № 333, 1987 г.): все системы с вращающимися телами стремятся к самоорганизации, стараются выбрать один ритм, работать синхронно. Например, на одной из ткацких фабрик столкнулись с необъяснимыми авариями - станки часто ломались, просто рассыпались на составные части. Анализ системы показал, что причина в самосинхронизации, двигатели ткацких станков подстраивались друг под друга, машины входили в резонанс и разрушали сами себя. Простой и единственный выход - разрушить резонанс, переставить двигатели, убрать лишние связи ("Техника молодежи", 1988, № 4, с.13).

Явление обнаружили в институте "Механобр" (ВНИИПИ механической обработки полезных ископаемых) еще в 1948г. Два независимых электродвигателя приводили в движение две независимые установки, укрепленные на одном общем фундаменте. Однажды провода, питающие электроэнергией один из моторов, оборвались. Но это заметили только несколько часов спустя: обесточенный двигатель продолжал исправно вращаться как бы сам собой, приводя в движение связанную с ним установку!

Одна из крупнейших проблем, решенная с применением самосинхронизации - создание высокоэффективных способов измельчения минерального сырья. Ежегодно в стране измельчается до 3 млрд. тонн минерального сырья и на это уходит более 5 процентов вырабатываемой энергии. Причем эти затраты непрерывно растут, так как приходится разрабатывать все более бедные руды и потому требуется повышать степень измельченности. Сейчас уже перешли на технологии переработки мелковкрапленных руд, которые требуют измельчения частиц до размера около 0,1 мм, а в ближайшем будущем размер частиц уменьшится еще в несколько раз (количество энергии на измельчение прямопропорционально вновь образующейся поверхности, которая, в свою очередь, обратно пропорциональная квадрату диаметра частиц).

Как работают сегодняшние измельчительные установки? Это гигантские сооружения - мельницы с барабанами, наполненными стальными шарами или стержнями, которые перекатываясь, дробят и измельчают куски минералов. Но даже самая прочная сталь в этих жесточайших условиях истирается, превращается в пыль. В результате при измельчении 1 тонны руды истирается в среднем около 1 кг металла и в целом по стране теряется около 3 миллионов тонн металла в год, то есть около 2 процентов всего производимого количества! Иногда же ситуация просто парадоксальна. Например, одна тонна молибдена добывается из 3 тыс. тонн руды. В результате, для получения одной тонны этого ценного металла, идущего в качестве легирующей добавки, приходится расходовать... около 3 тонн легированной стали ("Химия и жизнь", 1987, № 5, с.11-17).

В "Механобре" предложен новый способ измельчения (без стальных шаров) - вибрационный. Смысл в том, что куски породы могут истирать сами себя (самоизмельчение) и наиболее эффективно этот процесс идет, если к кускам минералов приложить импульсное давление со сдвигом (кусок разваливается по слабым границам раздела фаз, по дефектам кристаллической структуры). Вибрационный метод хорош тем, что к минералам не нужно прикладывать большие нагрузки единовременно, вполне достаточно, чтобы не очень сильное сдавливание и скручивание повторялось многократно - происходит накачка энергии внутрь куска породы и в некоторый момент он разрушается в порошок определенного гранулометрического состава. Единственное обязательное условие - синхронность и синфазность воздействий на материал нескольких несвязанных между собой вибраторов (например, дебалансных возбудителей на электродвигателях). Вот тут-то и срабатывает явление самосинхронизации вращающихся валов двигателей.