А. М. Газалиев ректор, академик нан рк, д

Раздел «Проблемы высшей школы» 
3  2015 
17 
 
тілдің  кең  ӛркендеуіне  жаңа  мүмкіндіктердің  кеңеюі-
мен тығыз ұштасып жатыр. Сол себепті жоғары білім 
жүйесінде мемлекеттік тілді әрбір мамандықтың ерек-
шеліктері  мен  тілдік  жүйесін  ескере  отырып  үйрету 
күн тәртібіне қатты қойылып отыр.  
Бұл  ӛзекті  мәселе  «Қазақстан  Республикасының 
Конституциясында»,  ҚР  «Білім  туралы»  Заңында, 
«Қазақстан  Республикасында  гуманитарлық  білім  бе-
ру тұжырымдамасында» және Елбасының «Қазақстан 
халқына Жолдауларында»  және  т.б. мемлекеттік  дең-
гейдегі  маңызды  құжаттарда  қазақ  тілінің  ӛрісін  ке-
ңейту  елдік  тұрғыда  кӛтеріліп  отырған  жаңа  кезеңде 
мемлекеттік  тілді  әлеуметтік  тұрғыда  қоғамның  бар-
лық  саласында  қолдану  мақсатына  сай  меңгертудің 
басым бағыттарын айқындаумен байланысты шешімін 
табатыны даусыз. 
ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ
 
1.  Назарбаев  Н.Ә.  «Қазақстан-2050»  Стратегиясы  қалыптасқан  мемлекеттің  жаңа  саяси  бағыты»  атты  Қазақстан  халқына 
Жолдауы, 14.12.2012. – Астана, Ақорда, – 2012. 
2.  Оразбаева Ф.Ш. Тілдік қатынас. – Алматы: Сӛздік, 2005. – 52 б. 
3.  Қасым Б., Османова З. Кәсіби қазақ тілі. – Алматы, 2010. – 112 б. 
4.  Қазақстан Республикасының білім беруді дамытудың бағдарламасы. 
5.  Назарбаев Н.Ә. Қазақстан Республикасында тілдерді дамыту мен қолданудың 2011-2020 жылдарға арналған мемлекеттік 
бағдарламасы. – Астана, Ақорда, 2011 жылғы 29 маусым, №110.  

 
18 
Труды университета 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Раздел 2 
 
Машиностроение. Металлургия 
 
 
 
 
 
УДК 621.7.09 
 
Обзор методов получения и отделочной 
обработки поверхностей при пластическом 
деформировании деталей 
 
Г.С. ЖЕТЕСОВА, д.т.н., профессор, 
Т.Ю. НИКОНОВА, к.т.н., 
Д.Ш. УАЛИЕВ, к.т.н., доцент,  
С.К. БИЙЖАНОВ, ст. преподаватель, 
Д.В. УТКИНА, магистрант, 
Карагандинский государственный технический университет, кафедра ТМ 
 
Ключевые  слова:  поверхностное  пластическое  деформирование,  упрочнение,  дорнование,  статико-им-
пульсная обработка. 
 
дним  из  наиболее  эффективных,  энергосберега-
ющих и легкореализуемых в производстве спосо-
бов повышения качества поверхностного слоя являет-
ся  деформационное  упрочнение  деталей  в  процессе 
обработки  поверхностным  пластическим  деформиро-
ванием. 
Целью ППД являются: образование определенных 
макро- и (или) микрогеометрических форм (поверхно-
стное  пластическое  формообразование),  уменьшение 
параметра шероховатости поверхности (сглаживание), 
изменение  размеров  до  допустимых  (калибрующее 
ППД), изменение структуры материала без его полной 
рекристаллизации  (поверхностный  наклеп),  создание 
определенного  напряженного  состояния  (напряжен-
ный  поверхностный  наклеп)  и  укрепление  поверх-
ностным наклепом, что необходимо для изготовления 
качественных деталей и режущего инструмента [1]. 
В  отличие  от  группы  формообразующих  методов 
обработки  отделочно-упрочняющие  методы  поверх-
ностного  деформирования  характеризуются  измене-
нием лишь параметров поверхности и поверхностного 
слоя  (без  изменения  формы  и  макроразмеров  исход-
ной  заготовки).  В  процессе  отделочного  упрочнения 
достигается  изменение  шероховатости  поверхности, 
физико-механических  свойств  поверхностного  слоя 
(микротвердости  и  остаточных  напряжений)  и  струк-
туры.  Методы  ППД  по  характеру  силового  воздей-
ствия подразделяются на статические и динамические 
(рисунок 1). 
Статические методы характеризуются поверхност-
ной  пластической  деформацией  металла  без  сущест-
венного изменения формы и размеров обрабатываемых 
деталей, сюда можно отнести обкатывание, раскатыва-
ние, выглаживание, дорнование, зубообкатывание [2].  
Обкатывание и раскатывание осуществляют роли-
ками  и  шариками,  оказывающими  давление  на  по-
верхность обрабатываемой детали. При определенном 
(рабочем)  усилии  в  зоне  контакта  деформирующих 
элементов  и  детали  интенсивность  напряжений  пре-
вышает предел текучести, в результате чего происхо-
дит  пластическая  деформация  микронеровностей, 
изменяются  физико-механические  свойства  и  струк-
тура  поверхностного  слоя  (например,  увеличивается 
микротвердость  или  возникают  остаточные  напряже-
ния  в  поверхностном  слое).  Объемная  деформация 
детали обычно незначительна [2]. 
О
 

Раздел «Машиностроение. Металлургия» 
3  2015 
19 
 
 
Рисунок 1 – Схема методов упрочнения 
 
Несмотря на высокую эффективность упрочнения 
статическими методами и, в том числе, высокую про-
изводительность  оборудования,  реализующего  эти 
методы,  все  же  они  имеют  отдельные  недостатки, 
ограничивающие  область  их  применения.  Так,  обка-
тывание,  выполняемое  на  неспециализированном 
оборудовании,  не  позволяет  производить  обработку 
материалов  высокой  твердости  из-за  ограничений  по 
усилию вдавливания. С другой стороны,  при  обкаты-
вании  закаленных  сталей  с  большими  усилиями 
вследствие  возникновения  значительных  параметров 
силы  трения  максимальная  температура  наиболее 
деформируемых  тонких  слоев  составляет  150...350°С, 
при алмазном выглаживании – 500...800°С, при обка-
тывании  роликами  –  600...650°С,  что  существенно 
влияет  на  формирование  остаточных  напряжений 
[3, 4]. 
Сущность  процесса  выглаживания  заключается  в 
том,  что  в  процессе  обработки  поверхностей  инстру-
мент  (алмаз,  смонтированный  в  державке)  прижима-
ется с определенной силой к обрабатываемой поверх-
ности.  В  процессе  выглаживания  поверхностей  в  ме-
сте контакта деформируемого элемента и обрабатыва-
емой  детали  возникают  значительные  контактные 
напряжения  и  при  определенном  усилии  происходит 
пластическая  деформация  поверхностного  слоя,  в 
результате  чего  снимаются  микронеровности  и  изме-
няются физико-механические  свойства поверхностно-
го  слоя.  Выглаживанием  могут  обрабатываться 
наружные  и  внутренние  поверхности  вращения,  а 
также торцовые поверхности. 
При  правильно  подобранных  режимах  выглажи-
вания  микронеровности  могут  быть  уменьшены  в 
несколько  раз  (Rа = 0,1-0,005  мкм),  микротвердость 
увеличивается  на  50-60%,  т.е.  глубина  наклепанного 
слоя  может  составлять  до  400  мкм.  Как  следствие, 
детали  обладают  высокой  износостойкостью  и  уста-
лостной прочностью [5]. 
К  недостаткам  данного  метода  можно  отнести 
следующее:  за  счет  смятия  исходных  микронеровно-
стей  размер  детали может  несколько  уменьшиться.  В 
связи  с  этим  целесообразно  на  предшествующем  пе-
реходе обеспечить точность размеров на 20-30% выше 
заданной для окончательно обработанной детали. 
Сущность процесса дорнования заключается в пе-
ремещении  жѐсткого  рабочего  инструмента  дорна  в 
отверстии заготовки с натягом (d > D) [6]. 
На  степень  и  глубину  наклепанного  слоя  значи-
тельное влияние отказывает величина натяга. Степень 
упрочнения и глубина наклепанной поверхности зави-
сят от свойств обрабатываемого материала. При одних 
и  тех  же  значениях  натягов  на  деформирующий  эле-
мент и суммарных натягов степень наклепа будет тем 
больше,  чем  пластичнее  металл.  Для  углеродистых 
сталей степень и глубина наклепа связаны с содержа-
нием  углерода:  чем  меньше  в  стали  углерода,  тем 
выше  степень  упрочнения  и  глубина  упрочненного 
слоя [7]. 
 
 
D – диаметр отверстия, d – диаметр инструмента 
Рисунок 2 – Схема процесса дорнования 
 
Дорнование  позволяет  обеспечить  высокую  точ-
ность  и  низкую  шероховатость  поверхности.  Также 
существенным  преимуществом  дорнования  является 
наличие  остаточных  напряжений,  положительно  
влияющих  на  работоспособность  обработанных  дета-
лей. 
 и т.д. 

 
20 
Труды университета 
 
К недостаткам дорнования относятся: 
–  ограниченные  возможности  варьирования  глу-
биной и степенью упрочнения поверхностного слоя; 
–  отсутствие  конструкции  дорна,  позволяющей 
смазке  поступать  непосредственно  в  зону  контакта 
детали и инструмента. 
–  процесс  дорнования  требует  приложения  боль-
ших статических усилий; 
Зубообкатывание  –  метод  обработки  зубьев  ше-
стерен  пластическим  деформированием  специальным 
инструментом. Обработка  осуществляется  при взаим-
ном обкатывании обрабатываемого зубчатого колеса и 
инструмента  при  определенном  силовом  воздействии 
(давлении) [2]. Инструментом является зубчатое коле-
со того же модуля, что и обрабатываемое, изготовлен-
ное  из  закаленной  стали  (применяют  также  твердо-
сплавные  вставки-зубья).  Обработке  подвергают  пре-
имущественно  незакаленные  детали  (т.е.  материал 
обрабатываемой детали ниже твердости инструмента). 
Зубообкатывание  обеспечивает  сглаживание  шерохо-
ватости до  Rа = 1,0-0,32 мкм и достижение 7-5-й сте-
пени  точности.  Кроме  того,  обкатывание  сложных 
поверхностей  (например,  одновременно  боковых  по-
верхностей  и  впадин  зубьев  зубчатых  колес)  требует 
изготовления  сложного  обкатного  инструмента,  вы-
полненного  с  высокой  степенью  точности.  К  недо-
статкам  статических  методов  упрочнения  можно  так-
же  отнести  невозможность  обработки  особосложных 
поверхностей, например, лопаток турбин. 
Некоторым  образом  недостатки  статических  ме-
тодов восполняются динамическими  способами  обра-
ботки  поверхностным  пластическим  деформировани-
ем.  
Динамические  методы  отличаются  наличием  бо-
лее  глубокой  пластической  деформации  металла,  ко-
торая может охватить весь объем заготовки и в значи-
тельной степени изменить ее форму и размеры. 
К наиболее распространенным можно отнести че-
канку,  дробеструйный  наклеп,  вибрационный  наклеп, 
пневмодинамический  наклеп,  гидрогалтовка  дробью, 
крацевание, ротационный наклеп, гидродинамическая 
обработка  [1].  В  особую  группу  динамических  мето-
дов  ППД  можно  выделить  дробеударные  способы 
упрочнения.  
Чеканка  –  наиболее  эффективна  для  обработки 
галтелей,  впадин  крупномодульных  зубчатых  колес, 
подвергнутых  закалке  с  нагревом  током  высокой  ча-
стоты. 
Чеканка  рекомендуется  для  обработки  деталей  с 
высокой поверхностной твердостью. При этом дости-
гается повышение микротвердости на 30-50 %, глуби-
на упрочненного слоя может достигать 35 мм, а оста-
точные  напряжения  сжатия  –  1000  МПа  и  более.  Че-
канка  (виброконтактный  наклеп)  характеризуется 
многократным  ударным  воздействием  бойка  со  сфе-
рическим (или другой формы) наконечником на обра-
батываемую поверхность. Боек находится в контакте с 
обрабатываемой поверхностью, и таким образом здесь 
имеет место схема передачи удара на обрабатываемую 
поверхность,  что  обеспечивает  наиболее  высокий 
коэффициент  передачи  удара.  Сила  ударного  взаимо-
действия достигает 5-60 Н, а частота нанесения ударов 
составляет от 10-15 до 50 Гц и более. 
Поверхностное 
упрочнение 
дробеструйным 
наклепом  достигается  за  счет  кинетической  энергии 
потока чугунной или стальной дроби; поток дроби на 
обрабатываемую  поверхность  направляется  или  ско-
ростным потоком воздуха, или роторным дробеметом. 
После  обработки  поверхность,  покрытая  лунками  от 
ударов  дробинок,  должна  быть  больше.  Но  увеличе-
нию  поверхности  препятствуют  нижележащие  слои 
металла.  В  результате,  как  и  при  закалке  ТВЧ,  в  по-
верхностном  слое  возникают  большие  внутренние 
сжимающие  напряжения.  По  величине  они  могут  до-
стигать  1000  Н/мм
2
.  Благодаря  этому  долговечность 
работы деталей, таких, например, как пружины и рес-
соры,  после  дробеструйной  обработки  повышается  в 
несколько раз [8]. 
Процесс  вибрационного  наклепа  характеризуется 
соударением  частиц  обрабатывающей  среды  с  по-
верхностью  обрабатываемых  деталей  (заготовок)  и 
сопровождается  упругопластической  деформацией 
последней.  Образование  поверхностного  слоя  проис-
ходит  в  результате  последовательного  нанесения 
большого  числа  микроударов  множеством  частиц 
среды  (например,  стальных  шаров),  вызванных  дей-
ствием направленных вибраций, сообщаемых рабочей 
камере,  в  которой  размещены  обрабатываемые  заго-
товки (детали) и рабочая среда. 
Отдельно можно выделить обработку дробью. Под 
дробью  понимают  округлые  тела  из  различных  мате-
риалов,  в  том  числе  и  шарики.  В  зависимости  от  ис-
точника  кинетической  энергии  дроби  (струя  газа, 
жидкости, газа с жидкостью, вращение ротора дробе-
мета, свободное  падение) различают «дробеструйную 
обработку», 
«гидродробеструйную 
обработку», 
«пневмогидродробеструйную  обработку»,  «дробемет-
ную  обработку»,  «гравитационную  обработку  дро-
бью». 
Разновидностью  дробеструйной  обработки  явля-
ется  «пневмодинамическая  обработка»,  при  которой 
шарики  (дробь)  в  замкнутом  объеме  перемещаются 
вверх струей воздуха и ударяются об обрабатываемую 
заготовку.  После  этого  шарики  падают  вниз  и  снова 
увлекаются  вверх  струей  воздуха,  минуя  бункер, 
обычно имеющийся во всех установках для обработки 
дробью [9]. 
Как и для статических методов обработки поверх-
ностным  пластическим  деформированием,  динамиче-
ским  способам  характерны  определенные  области 
применения.  
На сегодняшний день разработан способ обработ-
ки  с  наложением  вибраций  (статико-импульсный), 
сочетающий  в  себе  достоинства  статических  и  дина-
мических способов ППД. 
Виброобкатка  позволяет  повысить  износостой-
кость,  усталостную  прочность  и  условие  смазки  со-
прягаемых деталей [9]. Так, разновидностью алмазно-
го  выглаживания  является  процесс  вибрационного 
выглаживания  или  виброобкатывания  [5].  Сущность 
этих  процессов  состоит  в  образовании  микрорельефа 
путем  пластической  деформации  поверхности  шари-
ком или  сферическим алмазным наконечником, кото-
рому  помимо  подачи  сообщается  колебательное  дви-

Раздел «Машиностроение. Металлургия» 
3  2015 
21 
 
жение  вдоль  обрабатываемой  поверхности  (рисунок 
3).  По  кинематике  оба  эти  процесса  схожи.  Физиче-
ская же природа имеет принципиальное отличие: при 
вибровыглаживании  взаимное  перемещение  инстру-
мента и обрабатываемой поверхности (в зоне контак-
та)  характеризуется  трением-скольжением,  а  при 
виброобкатывании  –  трением  качения.  В  процессе 
обработки  на  поверхности  также  образуется  сетка 
каналов  (следов  пластического  деформирования)  со 
структурой, определяемой кинематическими парамет-
рами процесса. 
 
 
D
заг
 – движение вращения заготовки,  
D
и
 – продольная подача инструмента  
(импульсная составляющая), D
и поп
 – поперечная  
подача (статическая составляющая) 
Рисунок 3 – Схема виброобкатывания 
Вибрационное дорнование отверстий позволяет за 
счет  интенсификации  процесса  деформации  более 
значительно  уменьшить  погрешности  термической 
обработки по сравнению со статическим дорнованием. 
При  этом  большие  уточнения  погрешностей  имеют 
место  при  дорновании  отверстий  в  объемно-закален-
ных деталях [10]. 
Комбинированные  статическое  и  динамическое 
нагружения очага деформации позволяют более полно 
использовать энергию ударного импульса. В результа-
те  статико-импульсного  нагружения  плоских  и  слож-
нопрофильных  поверхностей  обеспечивается  упроч-
ненный  поверхностный  слой  с  большой  глубиной  и 
степенью упрочнения [11]. 
Вибрационное  дорнование  требует  в  2,2  раза 
меньше  энергии,  чем  статическое  дорнование,  что 
способствует  увеличению  производительности  про-
цесса. 
Достоинствами  вибрационной  обработки  являют-
ся: 
– возможность  использования  для  упрочнения 
широкой  номенклатуры  деталей  (включая  маложест-
кие и тонкостенные) благодаря снижению статической 
силы; 
– более  близкое  к  рабочей  поверхности  располо-
жение максимально упрочненных слоев и на большую 
глубину по сравнению с другими методами ППД; 
– при  наложении  вибраций  деформирующая  по-
верхность инструмента периодически «отдыхает», что 
способствует увеличению ее стойкости; 
– вибрации  способствуют  лучшему  проникнове-
нию  смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) в зону 
обработки,  также  резко  увеличивает  эффективность 
охлаждающего и пластифицирующего действия СОЖ. 
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
 
1.  Силин Р.И., Гордеев А.И., Третько В.В. / Хмельницкий национальный университет / Особенности расчета конструктив-
них параметров вибрационного оборудования для гидродробеупрочнения режущего инструмента // Машиностроение. – 
1998. – № 1. 
2.  Бабичев  А.П.  Cправочник  инженера-технолога  в  машиностроении  /  А.П.  Бабичев  и  др.  –  Ростов  н/Д:  Феникс,  2005.  – 
541 с. 
3.  Справочник технолога-машиностроителя. Т 2 / Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. – 4-е изд., перераб. и доп. – 
М.: Машиностроение, 1985. – 496 с. 
4.  Хворостухин Л.А. К вопросу  о трении при алмазном выглаживании / Л.А. Хворостухин,  А.Ф. Волков // Изв. высш. уч. 
заведений: Машиностроение. Б. м., 1969. – № 7. С. 139-143. 
5.  Хворостухин Л.А. Трение при алмазном выглаживании металлов и сплавов / Л.А. Хворостухин, Н.Н. Ильин // Вестник 
машиностроения – М., 1973. – №2. – С. 64-65. 
6.  Браславский В.М. Технология обкатки крупных деталей роликами. – М., 1987. – 159 с. 
7.  Одинцов  Л.Г.  Упрочнение  и  отделка  деталей  поверхностным пластическим  деформированием:  Справочник.  –  М.:  Ма-
шиностроение, 1987.– № 4. – С. 328. 
8.  Скворцов  В.Ф.,  Арляпов  А.Ю.  Дорнование  глубоких  отверстий  малого  диаметра.  Монография:  –  Томск:  Издательство 
ТПУ. 2005. – С. 92. 
9.  Райцес В.Б. Термическая обработка: В помощь рабочему-термисту. – М.: Машиностроение, 1980. – 192 с. 
10. Поляк М.С. Технология упрочнения. Технологические методы упрочнения. В 2 т. Т. 2. – М.: «Л.В.М. – СКРИПТ», «Ма-
шиностроение», 1995. – 688 с. 
11. Киричек А.В., Соловьев Д.Л., Лазуткин А.Г. Технология и оборудование статико-импульсной обработки поверхностным 
пластическим деформированием. Библиотека технолога. М.: Машиностроение, 2004. – 288 с. 
 
 
 

 
22 
Труды университета 
 
УДК 53.096 
 
Влияние лазерного излучения  
на микроструктуру и микротвердость  
стали с разным содержанием углерода 
 
В.Ю. КУЛИКОВ
1
, к.т.н., доцент, 
А.Г. МЕЛЬНИКОВ
2
, к.т.н., доцент, 
О.В. ЛОБАНКОВА
2
, инженер, 
И.Ю. ЗЫКОВ
2
, к.т.н., доцент, 
Св.С. КВОН
1
, к.т.н., доцент, 
Т.С. ФИЛИППОВА
1
, к.т.н., доцент, 
1
Карагандинский государственный технический университет,  
2
Национальный исследовательский Томский политехнический университет 
 
Ключевые слова:  лазерное поверхностное упрочнение, микроструктура, углеродистая сталь, микротвер-
дость, глубина, слой. 
 
ри изготовлении деталей из сталей, подвергаемых 
износу, главной задачей является получение высо-
кой  поверхностной  твердости,  при  сохранении  проч-
ности  и  упругости,  позволяющей  выдерживать 
нагрузки при ударе без разрушения. 
Для соблюдения этих требований стали подверга-
ют  различным  методам  упрочняющей  обработки. 
Традиционно  используются  такие  процессы  обработ-
ки поверхности, как газопламенная закалка, индукци-
онная  закалка,  цементация,  азотирование,  нитроце-
ментация  и  различные  наплавки  твердыми  сплавами. 
Однако  традиционные  способы  обработки  поверхно-
сти обладают рядом недостатков: высокие временные 
и  энергетические  затраты,  сложный  режим  тепловой 
обработки,  широкая  зона  термического  влияния.  Ис-
пользование лазерного излучения в качестве источни-
ка  тепла  для  поверхностной  обработки  позволяет  из-
бежать вышеуказанные недостатки. 
Таким образом, лазерное поверхностное  упрочне-
ние  является  одним  из  эффективных  методов  для 
упрочнения поверхности без потери вязкости матери-
ала внутри изделия, при этом улучшаются трибологи-
ческие свойства и увеличивается срок службы [1-3]. 
Отличительная  особенность  лазерного  воздей-
ствия на металлы – быстрый нагрев объема металла и 
быстрое  охлаждение  за  счет  теплоотвода  внутрь  ме-
талла,  т.е.  отсутствует  необходимость  использования 
дополнительной  охлаждающей  среды.  Использование 
лазерного  излучения  позволяет  воздействовать  на 
металл  кратковременно,  локально,  обрабатывать  кон-
кретные  области  материала,  производя  минимальные 
искажения.  Данный  ряд  преимуществ  лазерного  воз-
действия говорит о целесообразности и перспективно-
сти применения лазеров для поверхностного упрочне-
ния. 
В  настоящее  время  для  осуществления  поверх-
ностного  упрочнения  применяются  в  основном  два 
вида лазеров – Nd:YAG и CO
2 
[4]. Однако длина вол-
ны  излучения  CO
2
  –  лазера  составляет  10,6  мкм  и 
коэффициент  его поглощения металлами низкий. По-
этому использование твердотельных лазеров с длиной 
волны  излучения  1,06  мкм  является  предпочтитель-
ным вследствие его хорошего поглощения металлами, 
т.е.  нет  необходимости  в  применении  поглощающих 
покрытий [7]. В ранее проведенных работах [3,4 и др.] 
изучалось  использование  лазера  для  поверхностного 
упрочнения, однако ряд вопросов остается спорным и 
требует дополнительных исследований. Целью данной 
работы  являлось  изучение  влияния  режима  лазерной 
поверхностной  обработки  на  микроструктуру  и  мик-
ротвердость стали с разным содержанием углерода.  
Для исследования использовались стали марок: 45 
и  У7,  У12.  Данный  набор  марок  сталей  позволяет 
проследить влияние содержания углерода на свойства 
стали  после  лазерного  воздействия.  В  работе  исполь-
зовались  стальные  образцы  размером  30х20х10  мм  в 
отожженном  и  закаленном  состоянии.  Термическую 
обработку  проводили  по  стандартной  методике  для 
выбранных сталей. 
В  качестве  лазерного  источника  излучения  ис-
пользуется  твердотельный  Nd:YAG-лазер,  работаю-
щий в импульсном режиме с длиной волны излучения 
1,064 мкм и длительностью импульса 12 мс. Для воз-
действия  использовался  прямоугольный  импульс, 
мощность лазерного излучения изменялась от 15,6 до 
31,2 кВт/см
2
. 
На  базе  полученных  образцов  были  изготовлены 
стандартные  металлографические  шлифы  для  иссле-
дования  микроструктуры  и  микротвердости.  Травле-
ние  поверхности  проводилось  4%-ным  раствором 
HNO
3 
в  этиловом  спирте.  В  ходе  эксперимента  были 
рассчитаны  температура  в  области  термического  воз-
действия и плотность мощности лазерного излучения. 
Микротвердость  измерялась  с  помощью  прибора 
ПМТ-3  при  нагрузке  150  г/мм
2
.  Металлографические 
исследования  проводились  с  помощью  микроскопа 
Axio Observer.A1m. 
Согласно  сертификату  мощность  лазера  Nd:YAG 
линейно  зависит  от  длительности  излучения.  Однако 
ранее  проведенные  исследования  не  подтвердили  эту 
зависимость. Для уточнения данной зависимости была 
измерена и рассчитана мощность излучения лазерного 
П
 

Раздел «Машиностроение. Металлургия» 
3  2015 
23 
 
комплекса.  Согласно  расчетам  по  стандартной  мето-
дик при длительности импульса 12 мс выходная мощ-
ность  будет  составлять  31,2  Вт  (при  одиночном  им-
пульсе). Далее расчет производился по мере уменьше-
ния мощности в процентах. На рисунке 1 представле-
ны расчетные и экспериментальные кривые изменения 
мощности лазера в зависимости от доли закачиваемой 
мощности.  Показано,  что  расчетные  данные  хорошо 
согласуются  с  экспериментальными.  Энергия  излуче-
ния лазера была измерена с помощью прибора Gentec 
QE25. 
Изменение  мощности  лазерного  излучения  долж-
но  привести  к  изменению  температуры  обрабатывае-
мой поверхности стали и области термического влия-
ния,  что,  в  свою  очередь,  вызывает  изменение  струк-
туры поверхностного слоя и изменение механических 
свойств [8]. Для установления этой зависимости была 
рассчитана температура в зоне воздействия лазерного 
излучения [6] 
,
i
s a
T
q
T



 
где q
s
 – плотность потока, падающего на поверхность, 
Вт/см
2
, 
i

 – длительность лазерного импульса, с, 
a  – температуропроводность материала, см
2
/с, 
T

 – теплопроводность материала, Вт/(см*К). 
Из  рисунка  2  видно,  что  при  увеличении  плотно-
сти  мощности  температура  на  поверхности  всех  ис-
следованных  в  работе  сталей  увеличивается  и  дости-
гает максимума – 2450-2650°С при мощности излуче-
ния  31,2  кВт/см
2
.  Такая  высокая  температура  должна 
приводить  к  оплавлению  металла  соответствующего 
пятну  светового пучка. Повышение температуры раз-
личных  сталей  происходит  неоднозначно.  В  сталях  с 
содержанием  углерода  0,45  %  и  0,7  %  повышение 
температуры  имеет  одинаковую  зависимость,  в  то 
время как в стали с содержанием углерода 1,2 % зави-
симость  сохраняет  ту  тенденцию,  но  располагается 
значительно  выше.  Такое  повышение  температуры 
связано с изменением микроструктуры стали. В стали 
У12  появляется  большое  количество  вторичного  це-
ментита, что приводит к снижению теплопроводности 
стали.  Поэтому  тепло,  вносимое  в  поверхностный 
слой стали, распространяется по образцу значительно 
медленнее, что приводит к локализации тепла в пятне 
светового пучка и повышению температуры. 
 
 
Рисунок 1 – Сравнение расчетных и экспериментальных значений мощности лазера 
 
 
Рисунок 2 – Достигаемая температура во время лазерного воздействия в зависимости от плотности мощности 
излучения 

 
24 
Труды университета 
 
На рисунке 3 представлены фотографии, получен-
ные  при  одном  импульсе  излучения  для  различных 
сталей  при  воздействии  лазерного  излучения  с  плот-
ностью  мощности  31,2  кВт/см
2
.  На  фотографиях  хо-
рошо  видны  зоны  лазерного  воздействия  и  зоны  тер-
мического влияния. Зона лазерного воздействия пред-
ставляет  собой  светлую  область,  размеры  которой 
различны для разных марок сталей. Видно, что в этой 
зоне произошло оплавление металла, о чем свидетель-
ствует отсутствие рисок, расположенных в прилегаю-
щей области. 
На  рисунке  4  представлены  зависимости  –  диа-
метр  зоны  лазерного  воздействия  от  плотности  мощ-
ности для сталей различного состава в отожженном и 
закаленном состоянии. Из графиков видно, что повы-
шение  плотности  мощности  приводит  к  увеличению 
диаметра зоны лазерного воздействия. Как следует из 
зависимостей,  увеличение  содержания  углерода  в 
стали приводит к увеличению зоны лазерного воздей-
ствия. 
 
 
45 
У7 
У12 
Отожженный  
образец 
 
 
 
Закаленный  
образец 
 
 
 
Рисунок 3 – Макроструктура обработанных лазером образцов при плотности мощности 31,2 кВт/см
2
, вид сверху 
 
 
Рисунок 4 – Зависимость диаметра лазерного воздействия от плотности мощности излучения  
и предварительной обработки стали 

Раздел «Машиностроение. Металлургия» 
3  2015 
25 
 
На  рисунке  5  представлена  зависимость  глубины 
лазерного  воздействия  от  плотности  мощности  излу-
чения  и  предварительной  обработки  стали.  Как  и  в 
случае  с  диаметром  лазерного  воздействия  (рисунок 
4), глубина возрастает с увеличением плотности мощ-
ности. Причем глубина лазерного воздействия в зака-
ленной стали значительно выше, чем в отожженной. 
В зоне лазерного воздействия микротвердость стали 
зависит от исходного состояния стали. На рисунке 6 при-
ведены зависимости изменения микротвердости от ис-
ходного состояния до центра обработанной области для 
стали У12 в отожженном и закаленном состоянии (ри-
сунок 6, б). Для сравнения также приведено изменение 
микротвердости для стали 45 в отожженном состоянии. 
 
 
Рисунок 5 – Зависимость глубины лазерного воздействия от плотности мощности излучения  
и предварительной обработки стали 
 
 
 
а 
б 
Рисунок 6 – Изменение микротвердости в области, подвергнутой лазерной обработке с плотностью  
мощности 21,8 кВт/см
2
 
2 

 
26 
Труды университета 
 
Микротвердость  стали  в  отожженном  состоянии 
увеличивается сразу после пересечения границы меж-
ду обработанной и необработанной областью. В стали 
45  микротвердость  возрастает  с  250  до  650  МПа,  а  в 
стали У12 с 300 до 1050 МПа. Такое повышение мик-
ротвердости  связано  с  закалкой  стали  из  жидкого 
состояния  и  образования  очень  мелкой  структуры, 
которая плохо поддается травлению. 
В  закаленной  стали  изменение  микротвердости 
происходит  иначе.  Микротвердость  закаленной  стали 
составляет 800 МПа. По мере приближения к области 
лазерного  воздействия  микротвердость  сначала  сни-
жается, затем наблюдается повышение до 1050 МПА. 
Снижение  твердости  вблизи  области  лазерного  воз-
действия обусловлено отпуском стали. А в зоне лазер-
ного воздействия также происходит закалка из жидко-
го  состояния,  что  и  вызывает  повышение  микротвер-
дости. 
 
Выводы 
Обработка  углеродистых  сталей  импульсным  ла-
зером показала: 
1.  Зона  лазерного  влияния  (диаметр  и  глубина) 
увеличивается  с  повышением  содержания  углерода  в 
стали;  это  влияние  проявляется  в  закаленной  стали 
сильнее, чем в отожженной. 
2. Микротвердость стали возрастает на расстоянии 
400-450  мкм  от  центра  зоны  лазерного  воздействия, 
причем  проявляется  сильнее  в  отожженных  сталях, 
чем в стали после закалки. 
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
 
1.  Babu, P.D., Buvanashekaran G., Balasubramanian K.R. Laser surface hardening: a review. International Journal of Surface Sci-
ence and Engineering 5-2: 131-151. 2011. 
2.  Babu, P.D., Buvanashekaran, G. & Balasubramanian, K.R. 2012. Experimental studies on the microstructure and hardness of laser 
transformation hardening of low alloy steel. Transactions of the Canadian Society for Mechanical Engineering 36-3: 241-257. 
3.  El-Batahgy, A.-M., Ramadan, R.A. & Moussa, A.R. Laser surface hardening of tool steels – experimental and numerical analysis. 
Journal of Surface Engineered Materials and Advanced Technology 3: 146-153. 2013. 
4.  Григорьянц А.Г., Шиганов И.Н., Мисюров А.И. Технологические процессы лазерной обработки. М.: МГТУ им. Баумана, 
2006. 
5.  Колосков, M.M. Марочник сталей и сплавов. Москва: Машиностроение, 2001. 
6.  Лосев  В.Ф.,  Морозова  Е.Ю.,  Ципилев  В.П.  Физические  основы  лазерной  обработки  материалов.  Томск:  Томский  поли-
технический университет, 2011. 
7.  Mazumder, J. 1983. Laser heat treatment: The state of the art. Journal of Metals 35-5: 18-26. 
8.  Wang, X.F., Lu, X.D., Chen, G.N., Hu, Sh.G. & Su, Y.P. 2006. Research on the temperature field in laser hardening. Journal of 
Optics and Laser Technology 38: 8-15. 
 
 
УДК 620.09 
 
Определение фракционного состава  
галлуазита на фотоседиментометре ФСХ-6К 
 
А.З. ИСАГУЛОВ, д.т.н., профессор, первый проректор, 
В.Ю. КУЛИКОВ, научный директор МЦМ, 
Св.С. КВОН, к.т.н., доцент, 
Е.П. ЩЕРБАКОВА, преподаватель, 
Т.В. КОВАЛЁВА, ассистент, 
Д.А. ИСАГУЛОВА, доктор PhD, ст. преподаватель, 
Карагандинский государственный технический университет, кафедра ММиН 
 
Ключевые слова: галлуазит, смесь, метод, качество, состав, коррозия, эксперимент, вещество. 
 
анная  статья  написана  по  результатам  исследова-
ний, выполненных в рамках реализации гранта АО 
«НАТР» (договор № 453 от 23.12.2011 г.). 
Металлоконструкции  под  воздействием  агрессив-
ных сред разрушаются, изменяют внешний вид, теря-
ют  свои  свойства.  Коррозии  подвержены  металличе-
ские конструкции из стали углеродистой и низколеги-
рованной,  из  алюминия  и  его  сплавов,  из  меди  и  еѐ 
сплавов,  оцинкованные.  Интенсивность  коррозии  у 
разных металлов и сплавов при одинаковых внешних 
воздействиях  разная,  но  все  равно  разрушению  под-
вержены  все  металлические  конструкции.  Поэтому, 
чтобы  исключить  коррозионное  воздействие,  необхо-
димо использовать антикоррозийную защиту металла. 
Самым  универсальным,  экономичным,  распро-
страненным  способом  антикоррозийной  защиты  ме-
талла  являются  специальные  антикоррозионные  по-
крытия  [1].  Принцип  действия  –  создание  прочной 
пленки, имеющей отличное сцепление с поверхностью 
металла.  Пленка  должна  быть  водонепроницаемой, 
паронепроницаемой,  стойкой  к  воздействию  агрес-
сивных  сред.  Антикоррозийные  покрытия  металла 
позволяют  защищать  металлоконструкции  различных 
размеров, сложности, конфигурации. Простота техно-
Д
 

Раздел «Машиностроение. Металлургия» 
3  2015 
27 
 
логии  делает  их  устройство  общедоступным,  в  том 
числе  для  организаций,  не  специализирующихся  на 
этом виде работ. 
При  выборе  способа  борьбы  с  коррозией  учиты-
ваются  не  только  особенности  самого  металла,  но  и 
условия  его  эксплуатации.  Особую  сложность  вызы-
вает  выбор  способа  защиты  металла,  эксплуатирую-
щегося  в  средах  с  комплексными  параметрами  (тем-
пература, концентрация, давление), изменяющимися в 
ходе  процесса,  что  зачастую  и  встречается  в  химиче-
ских процессах. Все используемые на практике спосо-
бы  антикоррозионной  защиты  можно  разделить  по 
характеру их воздействия на металл и на среду. 
Галлуазитовые  глиняные  нанотрубки  диаметром 
15 нм, можно использовать в качестве наноконтейнера 
для  загрузки,  хранения  и  контролируемого  выпуска 
антикоррозийного  вещества  (таких  как  бензотриазол 
или  гидрооксихинолин  для  защиты  от  окисления  и 
карбонат  йодобутилпропила  для  биологической  про-
тивоплесневой  защиты).  Макромолекулы,  загружае-
мые  в  нанотрубки,  могут  сохраняться  бесконечно 
долго, содержание в металлическом защитном слое и 
медленное  разъединение  во  влажных  условиях 
предотвращает  коррозию.  Скорость  разъединения 
будет  контролироваться  через  стопорные  узлы,  нахо-
дящиеся на концах трубок [2, 3].  
В  Казахстане  известны  крупные  месторождения 
галлуазитовых  глин:  Белое  Глинище  (вблизи  г.  Кара-
ганды)  тонкодисперсных  глин  (глинозема  19-22%)  и 
Айзин – Тамарекое (недалеко  от г. Акмолинска) пла-
стичных глин (глинозема до 35%). 
Был  проведѐн  седиментационный  анализ  суспен-
зии,  в  составе  которой  было  20%  галлуазитовой  гли-
ны. Седиментационный анализ применяется для опре-
деления  размеров  частиц  в  системах  относительно 
низкой степени дисперсности (суспензия, эмульсия).  
Целью  дисперсионного  анализа  является  получе-
ние кривых распределения, анализ которых позволяет 
установить, каково относительное содержание частиц 
в  заданных  интервалах  радиусов  или,  иначе  говоря, 
каков фракционный состав системы.  
В  работе  использовался  метод,  основанный  на 
разной  скорости  осаждения  (седиментации)  частиц 
разных  размеров  в  предварительно  равномерно  пере-
мешанной суспензии (закон Стокса) и изменении мут-
ности  суспензии  в  процессе  осаждения,  регистрируе-
мой  в  прямом  проходящем  свете  (фотометрический 
метод Бугера-Ламберта-Берра). 
Исследование проводилось на фотоседиментомет-
ре ФСХ-6К. Фотоседиментометр ФСХ-6К – использу-
ет классический наиболее  прямой из известных авто-
матизированных  методов  измерения  гранулометриче-
ского состава.  
Механически  подвижная  часть  прибора  ФСХ-6 
сведена к минимуму (мешалка гомогенизатора), рабо-
тает надежно и выполняет все необходимые для изме-
рений  функции,  дополнительных  приспособлений  не 
требует. Используется 3 канала измерения (3 щелевые 
диафрагмы  по  высоте  кюветы),  что  позволяет  значи-
тельно снизить систематические и случайные ошибки 
измерения и тем самым повысить точность прибора, а 
также сократить время измерения. 
Кювета  прибора  ФСХ-6  позволяет  измерять  гра-
нулометрический  состав  порошков  не  только  в  воде, 
но и в других жидкостях, в том числе органических – 
для  водорастворимых  материалов;  расход  таких  жид-
костей мал, они могут быть использованы многократ-
но. 
В  качестве  дисперсной  среды  использовалась  ди-
стиллированная  вода,  химико-физические  показатели 
которой  указаны  в  таблице  1.  Дисперсионная  жид-
кость  должна  образовывать  с  порошком  устойчивые 
суспензии,  хорошо  смачивать  его  частицы  и  быть 
химически  инертной  к  ним;  плотность  и  вязкость 
должны  быть  такими,  чтобы  обеспечивались  условия 
ламинарного  движения  самых  крупных  частиц  по-
рошка, а продолжительность всего анализа не превы-
шала 6 ч. 
 
Таблица  1  –  Химико-физические  показатели  дистил-
лированной воды 
Наименование показателя 
Норма 
1 
Массовая  концентрация  остатка  после  выпа-
ривания, мг/дм
 3
, не более 
5 
2 
Массовая  концентрация  аммиака  и  аммоний-
ных солей (NH
 4
), мг/дм
 3
, не более 
0,02 
3 
Массовая  концентрация  нитратов  (КО
 3
), 
мг/дм
 3
, не более 
0,2 
4 
Массовая  концентрация  сульфатов  (SO
 4
), 
мг/дм
 3
, не более 
0,5 
5 
Массовая  концентрация  хлоридов  (Сl), 
мг/дм
 3
, не более 
0,02 
6 
Массовая  концентрация  алюминия  (Аl), 
мг/дм
 3
, не более 
0,05 
7 
Массовая  концентрация  железа  (Fe),  мг/дм
 3
, 
не более 
0,05 
8 
Массовая концентрация кальция (Сa), мг/дм
 3
, 
не более 
0,8 
9  рН воды 
5,4 – 6,6 
 
Выбранную  в  качестве  дисперсной  среды  жид-
кость  наливали  в  кювету  с  плунжером,  чтобы  между 
ними  не  образовались  пузыри  воздуха,  поместили  в 
блок  и  проводили  калибровку.  Затем  изготавливали 
суспензии, для этого брали галлуазит в виде порошка 
(рисунок 1) и просеивали через сито №004 для удале-
ния частиц крупнее 40 мкм.  
Порошок засыпали в фарфоровую ступку, туда же 
добавляли  из  стакана  небольшое  количество  диспер-
сионной  среды  (не  более  5  мл).  Полученную  таким 
образом  пасту  тщательно  растирали  в  течение  2-3 
минут,  а  затем  добавляли  еще  небольшое  количество 
дисперсионной  среды  и  аккуратно  добавляли  содер-
жимое ступки в кювету с дисперсной средой (дистил-
лированная вода), после чего помещали ее в блок. 
Тщательно  перемешанная  в  жидкости  проба  по-
рошка  осаждалась,  разделяясь  по  размерам  составля-
ющих  ее  частиц  согласно  закону  Стокса  (скорость 
осаждения  частиц  пропорциональна  квадрату  их  раз-
мера). 
После  того  как  построение  графика  подходит  к 
концу,  на  экране  отображается  график  данного  изме-
рения  (І)  –  результат  распределения  масс  частиц  по 
размеру (рисунок 2).  
Для  различения  между  собой  большого  количе-

 
28 
Труды университета 
 
ства кривых на одном графике они помечены разными 
цветовыми  маркерами  и  их  расшифровкой,  как  это 
принято при построении графиков.  
Аналогичным  способом  проводили  еще  2  измере-
ния  (рисунок  3),  наблюдая  при этом,  что  при  повтор-
ном измерении дисперсная структура нашей суспензии 
становится с каждым разом прозрачнее (рисунок 4).  
Тем  самым  появляется  возможность  сделать  за-
ключение  о  том,  что  интенсивность  оседания  частиц 
суспензии  делает  ее  более  прозрачной  и  дает 
наибольшую  информацию  о  гранулометрических 
размерах частиц галлуазита.  
Также  автоматически  был  сделан  вывод  среднего 
результата (рисунок 5) между тремя измерениями, так 
мы  можем  наблюдать  интенсивность  распределения 
частиц по гранулометрическому размеру. 
Выполненный  седиментационный  анализ  суспен-
зии  дал  полную  информацию  о  гранулометрическом 
составе используемого при защите от коррозии деталей 
насосов  галлуазите,  тем  самым  дал  полную  картину  о 
его  свойствах,  что  немаловажно  при  расчете  концен-
трации при нанесении антикоррозионного покрытия. 
 
 
Рисунок 1 – Порошок из галлуазита 
 
 
Рисунок 2 – Результат первого измерения суспензии 
 
 
Рисунок 3 – График третьего измерения 

Раздел «Машиностроение. Металлургия» 
3  2015 
29 
 
 
Рисунок 4 – Общий вид суспензии  
после трѐх измерений 
 
Была  проведена  математическая  обработка  ре-
зультатов  исследования  размеров  галлуазитового  по-
рошка. 
 
 
y = ax
2
 + bx + c, 
 
 
{a·∑x
i
4
 + b·∑x
i
3
 + c·∑ x
i
2
 = ∑x
i
2
·y
i
, 
 
 
{a·∑x
i
3
 + b·∑x
i
2
 + c·∑ x
i
2
 = ∑x
i
·y
i
, 
 
 
{a·∑x
i
2
 + b·∑x
i
 + c·N = ∑ y
i
. 
 
Таблица 2 
 
x
i 
x
i
2 
x
i
3
 
x
i
4
 
y
i 
x
i
·y
i
  x
i
2
·y
i
 
N 
 
2 
4 
8 
16 
5 
10 
40 
 
 
3 
9 
27 
81 
6 
18 
162 
 
 
4 
16 
64 
256 
7 
28 
448 
 
 
5 
25 
125  625 
8 
40 
1000 
 
∑ 
14 
54 
224  978 
26 
96 
1650 
4 
 
 
{a·224 + b·224 + c·54 = 1650, 
 
 
{a·224 + b·224 + c·14 = 96, 
 
 
{a·54 + b·14 + c·4 = 26, 
 
 
1650 – 54c = 96 – 14c, 
 
 
c = 38.85, 
 
 
из уравнения получается b = – 6; a = – 0,84; 
 
 
y = – 0,84x
2
 – 6x + 38,85. 
 
После  промышленных  испытаний  на  ТОО  «КМЗ 
им.  Пархоменко»  оптимальным  признан  состав  по-
крытия:  100%  антикоррозионного  вещества  +  42,5% 
ацетона  +  10%  галлуазита,  который  наиболее  полно 
обеспечивает  антикоррозионную  защиту  для  деталей 
гидронасосов.  
Рабочие  колѐса  циркуляционных  насосов  для  по-
дачи  воды  на  отопление  выходят  из  строя  через  5-6 
месяцев,  из-за  стирания  рабочих  канавок,  т.к. вода  не 
проходит  химическую  водоотчистку.  В  падающих 
трубах  содержатся  металлические  примеси  в  виде 
ржавчин, что является причиной износа рабочих лопа-
ток. После антикоррозионного покрытия с галлуазитом 
рабочих колѐс, суть которого состоит в окунании коле-
са  в  соляную  кислоту  с  выдержкой  около  24  часов, 
после  чего  просушивается  в  сушильной  печи  около  4 
часов, срок эксплуатации такого колеса увеличивается 
в 1,8 раза и составляет примерно 9 месяцев. 
Это  более  дешѐвый  способ  для  увеличения  срока 
службы циркуляционных насосов. 
 
 
Рисунок 5 – Среднее значение между тремя измерениями 
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
 
1.  Бахвалов Г.Т. Защита металлов от коррозии. М.: Металлургия, 1989. 414 с. 
2.  Lvov,Y;  Schukin,  D.:  Moehwald,  H.:  Price,  R.  «Clay  Nanotubes  for  Controlled  Release  of  Protective  Agents»,  ACSNano,  v.2, 
814-820, 2008. 
3.  S.Shchukin, D.; Price, R.; Lvov, Y. Biomimetic Synthesis of Vaterite in the Interior of Clay Nanotubules. Small (Nano, Micro), 
2005, 1, 510-513. 

 
30 
Труды университета 
 
УДК 621.311.21 
 
Разработка и исследования микроГЭС  
для автономных сельскохозяйственных  
потребителей 
 
В.М. ИВАНОВ, д.т.н., профессор, 
И.А. БАХТИНА, к.т.н., доцент, 
Т.Ю. ИВАНОВА, к.т.н., доцент,  
ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова» 
 
Ключевые  слова:  электроснабжение,  гидротурбина,  конструкция,  лопасть,  электрогенератор,  напор, 
расход, методика, расчет, стенд, модель, моделирование, мощность. 
 
азвитие малой энергетики в Алтайском крае явля-
ется  приоритетным  направлением,  так  как  на  Ал-
тае  сложно  привлечь  крупного  инвестора  для  строи-
тельства  энергетических  предприятий.  Кроме  того, 
слабая  энерговооружѐнность  отдельных  сельскохо-
зяйственных  районов  ввиду  дороговизны  строитель-
ства линий электропередач, а зачастую просто  невоз-
можности  их  прокладки,  делает  хозяйственную  дея-
тельность  в  них  нерентабельной.  Поскольку  Алтай-
ский край  обладает значительными гидроресурсами в 
решении  данной  проблемы  необходимо  организовать 
обеспечение населения предгорных и горных районов 
края  автономными  микроГЭС.  МикроГЭС  могут  со-
оружаться практически на любых водных объектах: на 
малых  реках  и  ручьях,  а  также  на  водосбросных  со-
оружениях, канализационных коллекторах и др. [1]. 
В  настоящий  момент  имеются  отдельные  отече-
ственные  и  зарубежные  разработки  микроГЭС  мощ-
ностью от 4 до 50 кВт, недостатками которых являют-
ся  их  дороговизна  и  отсутствие  широкого  набора  ти-
поразмеров  на  различные  мощности  при  различных 
располагаемых расходах и напорах водотоков. 
Дальнейшее  освоение  энергетических  ресурсов 
отдалѐнных  и  труднодоступных  районов  требует  до-
полнительного изучения, в том числе на основе физи-
ческого моделирования. 
В  ФГБОУ  ВПО  «Алтайский  государственный 
технический  университет  им.  И.И.  Ползунова» 
(АлтГТУ)  на  кафедре  «Теплотехника,  гидравлика  и 
водоснабжение,  водоотведение»,  в  лаборатории  ком-
плексных  исследований  малых  гидроузлов  и  мик-
роГЭС  разработаны  микроГЭС  с  осевыми  гидротур-
бинами  (рисунки  1  и  2).  Оригинальные  конструктор-
ские решения защищены патентами [2 – 4]. 
Осевая  гидротурбина  содержит  направляющий 
аппарат (сечение А – А), рабочее колесо, размещенное 
в  камере  2  и  установленное  на  валу  5,  водоподводя-
щую  6  и  водоотводящую  7  части  [2,  3].  Направляю-
щий  аппарат  выполнен  из  соосно  расположенных 
внешнего  8  и  внутреннего  9  корпусов.  Лопатки  1 
направляющего  аппарата  выполнены  изогнутой  фор-
мы и развернуты по направлению вращения рабочего 
колеса (сечение Б – Б), равномерно закреплены одни-
ми  концами  на  внутреннем  корпусе,  а  другими  –  со-
единены с внешним корпусом с помощью резьбового 
соединения 10 с возможностью поворота. 
 
 
Рисунок 1 – Осевая гидротурбина в сборе с рамой и электрогенератором 
Р
 

Раздел «Машиностроение. Металлургия» 
3  2015 
31 
 
 
Рисунок 2 – Рабочее колесо в сборе  
с валом и обтекателем 
 
Криволинейной формы лопасти 3 рабочего колеса 
закреплены на  его корпусе 4 посредством резьбового 
соединения 11 также с возможностью поворота. Каме-
ра рабочего колеса соединена одним торцом с водоот-
водящей  частью,  а  другим  –  с  внешним  корпусом 
направляющего  аппарата,  который  соединѐн  с  водо-
подводящей  частью.  Соединения  герметичны  и  вы-
полнены  с  помощью  фланцев  12.  Водоподводящая 

жүктеу/скачать 6,19 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: