Артём Патрин

Авторский коллектив из СПбГАСУ, в который вошли студент шестого курса строительного факультета Артём Патрин, доцент кафедры строительной физики и химии Татьяна Рогожина и старший преподаватель кафедры строительной физики и химии Владимир Дронов, создал новое устройство для контроля температуры в помещениях. Получен патент 201884 «Устройство контроля температурного режима в помещении». Мы поговорили с Артёмом Патриным и узнали, в чём особенности предложенного учёными решения.

– Температура в помещении определяет качество жизни, влияет на эффективность работы людей и механизмов. Контролировать температуру необходимо для рационального использования и экономного расходования топливно-энергетических ресурсов. Существует большое количество систем контроля температуры, однако бо́льшая часть из них потребляет электроэнергию, что приводит к дополнительным затратам. Мы предложили удалять избыточную температуру в жилых и нежилых помещениях путём установки автоматической системы вентиляции, не требующей электроэнергии, что позволяет значительно снизить затраты. 

– Как давно вы занимаетесь данной темой? Почему выбрали именно её? 

– Я всегда интересовался новыми открытиями в области физики. В 2015 году, во время моей учёбы в лицее № 13 в Троицке Челябинской области, учительница физики Ольга Радиевна Сухова предложила изучить новый материал, который получается из нейлоновых нитей путем скручивания. Особенность материала в том, что при нагреве длина полученных волокон уменьшается, что нехарактерно для большинства материалов. Под руководством Ольги Радиевны я написал научную работу «Создание и изучение свойств искусственной мышцы из рыбацкой лески». Позже я продолжил исследования под руководством учителя робототехники Максима Александровича Дергунова, и нам удалось автоматизировать процесс производства волокон путём создания стенда.

В СПбГАСУ моими наставниками и соавторами стали Татьяна Сергеевна Рогожина и Владимир Михайлович Дронов. Значительную помощь в понимании работы термочувствительного силового привода оказал доктор технических наук, профессор кафедры железобетонных и каменных конструкций Лев Марленович Каган-Розенцвейг. Полученные в школьные годы наработки в дальнейшем я использовал в запатентованных полезных моделях. 

– Что именно вы предложили? 

– Новшество изобретения состоит в применении нового термочувствительного силового привода – жгутов, выполненных из нейлонового волокна. Использование данного материала позволило исключить потребление электроэнергии и значительно снизить инерционность механизма, из-за чего время реакции на изменение температуры значительно сократилось в сравнении с аналогами, использующими гидроцилиндры. Кроме того, были учтены минусы предыдущего разработанного нами патента 184506 «Устройство поддержания необходимого интервала температур в теплице», имеющего схожий принцип работы. Благодаря этому новая полезная модель надёжнее при работе в условиях сильного ветра. 

Патент

– Каким образом вы проводили исследования? 

– Мы проанализировали существующие работы по созданию термоприводных волокон из полимеров, патенты систем вентиляции, и разработали устройство для изготовления термоприводных волокон из полимеров. В этом устройстве капроновая мононить прикрепляется одним концом к электродвигателю. Ко второму концу подвешивается груз, закреплённый на подвижной в вертикальном направлении рейке, что исключает раскручивание и позволяет создать натяжение нити. Мононить при накоплении определённого количества деформаций теряет устойчивость и образует виток. Количество витков постепенно увеличивается, пока витки не дойдут до верхнего конца нити. Полученный образец является термоприводным волокном. После скручивания образец крепится к фиксирующей раме в непосредственной близости от нагревательного элемента, а затем волокно проходит три цикла нагревания с целью снятия остаточных напряжений.

Далее мы создали устройство для проведения изометрических исследований. При нагревании волокно, закреплённое при помощи крепёжной планки к крюку датчика силы с одного конца и к корпусу при помощи крепёжной планки – с другого, сокращается и создаёт продольное усилие без изменения длины. Температура замерялась при помощи датчика температуры, закреплённого вблизи мононити. Проведение изометрических измерений позволило исключить влияние натяжения от груза, которое могло исказить результаты измерений.

Провели опыты для установления зависимости выдаваемого усилия от длины жгутов и их количества, для определения оптимального температурного интервала. Кроме того, проведены исследования для образцов, изготовленных из нейлоновых волокон разных диаметров. Чем тоньше жгут, тем быстрее срабатывает датчик. Для решения задачи повышения скорости реагирования устройства на изменение температуры, а также для повышения эффективности использования силовых возможностей устройства, волокна термочувствительного силового привода были разделены на несколько (два и более) жгутов меньшего сечения. 

– Где может найти применение ваша полезная модель? 

– Данная полезная модель может быть использована как в помещениях, где находятся люди, так и там, где люди не могут находиться из-за непригодных условий. Подобные датчики позволяют поддерживать определённый температурный режим в отапливаемых помещениях путем автоматического изменения площади устройства для притока воздуха – например, в качестве автоматического устройства для поддержания температурного режима парников и теплиц. А также в других областях, где требуется автоматическое регулирование сечения приточных вентиляционных устройств.