Работу по сбору материалов выполнили слушатели Московского общественного института технического творчества М. Быховский, С. Косов, М. Нониашвили, А. Пустов, .

Редактор

Из старых журналов. ИР-1969

"Изобретатель и Рационализатор" за 1969 год, №2

Ускоренное охлаждение металлов

Обычно при закалке металлических листов их просто опускают в закалочную жидкость, например в воду. Американский изобретатель И. Кламинер запатентовал более совершенный способ, позволяющий в 5-6 раз ускорить охлаждение и получить повышенную твердость изделий (патент США № 3323577). По способу Кламинера раскаленные алюминиевые и медные детали обдают сильной струей воды под высоким давлением - до 40 атмосфер. При этом на поверхности детали возникает паровой барьер, непрерывно смываемый водяной струей. В результате благодаря скрытой теплоте парообразования резко усиливается теплоотвод.

Используется принцип динамичности.

Можно также сформулировать новый принцип: Передача полезной функции "побочным продуктам" или ресурсам ближайшей надсистемы: если раньше тепло отводила жидкость, то теперь выполнение полезной функции передали пару, который непременно образуется как побочный продукт в данной системе.

Комментарий: Интересно, правда, насколько увеличивается расход закалочной жидкости, что делать с таким кол-вом пара и используют ли остатки струи еще раз. Если нет, то ускоренное охлаждение, на мой взгляд, приводит к значительному перерасходу жидкости и удорожанию производства.

Получение металлических и керамических порошков

Самый распространенный метод получения металлических и керамических порошков в порошковой металлургии и в промышленности строительных материалов - это раздувание струи расплава воздухом или газом. Поскольку в тесном пространстве рабочей колбы скорости течения резко меняются от точки к точке, капли получаются разными. Готовые порошки приходится разделять на фракции, причем значительная их часть идет в брак. Штутгартский инженер д-р П. Шмидт (ФРГ) изобрел способ, позволяющий не только получать из любого расплава капли строго одинаковой величины, но и менять эту величину произвольным образом. Распыляемая жидкость непрерывно подается в полый вращающийся цилиндр. Его боковая поверхность усеяна сквозными радиальными порами. Под действием центробежных сил жидкость начинает просачиваться через поры. Поскольку центробежные силы и величина поверхностного натяжения, удерживающего капли, для всех точек цилиндрической поверхности совершенно одинаковы, капли отрываются, достигнув определенного размера, заданного температурой расплава и скоростью вращения. Таким способом изобретатель уже получил однородные порошки из парафина, легкоплавкого сплава Вуда, из свинца, цинка и других материалов.

Используется принцип сфероидальности - использование центробежной силы, и принцип дробления.

Изобретатель и рационализатор, 1969, № 5,

Материалы подготовил Пустов А.

Водяная пушка промывает изоляторы

Применен принцип периодического действия.

Высоковольтные линии электропередач требуют постоянного надзора и ухода. Загрязнения, оседающие на изоляторах, приводят к их перекрытию - может произойти короткое замыкание двух токонесущих проводов между собой или замыкание провода на землю. Чтобы избежать этого, изоляторы приходится периодически очищать. Очищали их следующим образом. Рабочий взбирался на мачту и протирал изоляторы ветошью. Этот способ очень трудоемок, налицо потери электроэнергии из-за временного отключения напряжения, а от частых протирок глазурь изоляторов покрывается микротрещинами.

Поэтому изоляторы лучше мыть, но это небезопасно.

Было предложено использовать импульсную подачу воды. Чистота импульсов примерно 15 в минуту. Прибор называется Импульсный водомет ТЦМ-1. Он был быстро внедрен и успешно использовался.

Сейчас подобные импульсные водометы используются для разрушения радиоактивных отложений в емкостях-хранилищах.

Чудеса "замороженного" света

Применен принцип копирования.

При обычном фотографировании мы записываем амплитуду световых волн. Изображение получается плоским.

Предлагается способ создания объемного изображения - голографирование.

Голограмма получается следующим образом. Снимаемый объект освещают широким пучком лазера. Отражаясь от объекта, они попадают на фотопластинку. Никаких линз, никаких дополнительных оптических устройств. Только сбоку укреплено гладкое зеркало, направляющее и ту часть светового луча, что прошла мимо объекта, тоже на фотопластинку. Здесь оба пучка света смешиваются, интерферируют. На фотопластинке запечатлевается беспорядочная мешанина из разных пятнышек и завитушек. Это и есть голограмма. Внешне она вовсе не похожа на оригинал, но, тем не менее, в ней своеобразным оптическим кодом зашифрована полная оптическая информация об объекте. Чтобы ее расшифровать проявленную фотопластинку нужно вновь осветить лазером. Тогда появится изображение снятого предмета. Кажется, оно висит в воздухе.

Электрический автомобильный амортизатор обеспечивает переменную жесткость подвески

Применен принцип динамичности, принцип периодического действии, принцип замены механической схемы

Удобство и безопасность на любой дороге и при любой скорости - вот что требуется от легкового автомобиля. Примирить эти требования не всегда удается. Автомобиль с мягкой подвеской удобен, нет слов, но он хуже держит дорогу на поворотах. Стоит сделать подвеску жестче, и пассажир начнет жаловаться на отсутствие комфорта.

Французский инженер Новаро сделал попытку найти компромиссное решение, создав электрический амортизатор с автоматическим регулированием сопротивления кренам автомобиля. Его прибор представляет собой обычный телескопический амортизатор двустороннего действия, кожух которого имеет на одном конце непривычное для глаза утолщение. Внутри утолщения помещается многослойная электрическая обмотка. Ее сердечники выполнены из мягкого железа. Обмотка свободно охватывает резервуар амортизатора, который работает при этом как обычно. Но стоит пропустить через обмотку ток, как она превращается в электромагнит, удерживающий резервуар от перемещения. Тем самым амортизатор, а следовательно, и подвеска становятся более жесткими.

Но как подвести к обмотке электрический ток именно в тот момент, когда желательно увеличить жесткость подвески, то есть при прохождении поворота? Для этого предусмотрен ртутный переключатель, устанавливаемый строго вертикально, то есть перпендикулярн6о оси автомобиля.

Изобретатель и рационализатор, 1969, № 6,

Материал подготовил к размещению на сайте С. Косов

Упрочнение путем раскручивания

В. Павлов

Московскими изобретателями предложен принципиально новый способ обработки металла. Без всякого воздействия внешних сил заготовка сама растягивается в кольцо. Изобретение запатентовано в Италии и в других странах.

Однажды группа сотрудников ЦНИИТмаша испытывала на разрыв весьма ответственные детали-стальные кольца метрового диаметра, вращающиеся при работе с большой скоростью. Надо было разобраться в причинах их поломок. Кольца устанавливали на испытательном стенде, напоминающем центрифугу, и начинали вращать. Поскольку скорость нарастала постепенно, кольца не разрывались сразу. Гладкие их стенки сначала местами выпучивались, и кольца превращались в какие-то ломаные многогранники. До сих пор такого никто не видел: аварии обычно происходят неожиданно.

Анализ, подкрепленный расчетами, показал, что выпучивание вскрывает неизбежную неравномерность механических свойств, таящуюся в материале кольца после обработки. Этой неравномерностью и объяснялись происходившие поломки. Но ученые отметили не только это. После испытаний неразорвавшиеся кольца стали прочнее. Они слегка вытянулись под действием центробежных сил, н материал их, как говорят, наклепался.

Вообще-то, есть много разных способов наклепа. Можно, например, обстукивать деталь специальными молоточками или наносить особыми зубилами рифления на ее поверхность, можно прибегнуть к нагреву и охлаждению упрочняемой детали по заранее разработанному режиму. Смысл подобных операций один: вызвав в металле пластическую деформацию, улучшить его упругие свойства, повысить его сопротивляемость действию переменных нагрузок.

Когда было обнаружено, что вращением можно упрочнить кольцо да еще в отличие от существующих способов упрочнить поразительно равномерно, у изобретателей сразу же возникла еще одна мысль: почему, собственно, нужно ограничиваться упрочнением? Ведь вращением можно добиться и больших пластических деформаций, можно попросту растянуть заготовку, превратить ее в кольцо нужных размеров. А так как одновременно происходил бы его наклеп, безаварийность кольца была бы гарантирована. Особенно заманчива была сама простота такой обработки-без резца, без пресса, без литейной формы. Сажай заготовку на вал-и давай обороты. Кроме того, обработка вращением (назовем так новый способу была бы сама по себе весьма строгим контролером готовой продукции. Ведь число оборотов в минуту здесь должно быть много больше, чем в условиях работы детали. Казалось, успех совсем близок. Нужно лишь соблюсти единственное условие: ставить на стенд абсолютно однородный материал, не "отягощенный" пороками предшествующей технологии.

Изобретатели - кандидаты технических наук Арменуш Айкасаровна Мина-сарян, Владимир Павлович Рабинович и инженер. Николай Сергеевич Мартьянов приступили к работе. Они установили, например, что для одной из выбранных деталей необходимое увеличение диаметра кольца в сочетании с наилучшим упрочнением обеспечивается начиная с 5800 Оборотов в минуту. В тепличных условиях эксперимента эту цифру освоили безболезненно. Однако на натурных испытаниях изобретатели споткнулись. Реальные заготовки были далеко не идеальны, и поэтому их наружный периметр при вращении часто терял форму окружности. Кроме того, при больших оборотах

заготовка, как того и добивались, начинала пластически деформироваться, быстро увеличивалась в диаметре примерно в полтора раза. Заготовка начинала "бить", сокрушая вал установки. На первый взгляд избежать этого невозможно. Недаром так тщательно балансируют быстт ро вращающиеся детали. А тут и скорость велика, и дебаланс как будто бы неизбежен-ведь форма детали искажается.

К работе подключились кандидаты технических наук Г. А. Лившиц и В. И. Воропаев специалисты по испытательным установкам. Им-то и удалось создать устройство, исключающее дебаланс, несмотря на искривление заготовки. До сих пор всегда считали, что вал должен быть закреплен в подшипниках неподвижно. Поэтсму-то дебаланс и разбивал опоры. А если сделать их подвижными, позволить валу "плавать", самому находить покойное место? Именно так и поступили. С неподвижными элементами установки вал связали при помощи гибких шарниров и карданов. Когда начина* ется вращение, вал может сдвигаться вслед за главной осью инерции кольца, избегая тем самым дебаланса. Эти сдвиги никак не отражаются на остальных частях установки. Специальный фильтр не пропускает высокочастотные колебания к демпферу, а демпфер "тушит" низкочастотные автоколебания всей системы при разгоне и остановке.

Само кольцо заглушили сверху и снизу гибкими перепонками-диафрагмами. Вращаясь, кольцо увеличивается в диаметре и растягивает диафрагмы, которые препятствуют нарушению его формы. Когда кольцо достигает нужных размеров, диафрагмы срезают, и кольцо отправляют к заказчику. Специальной операции контроля не нужно. Ведь сама обработка выполняет его функции.

Я видел первый стенд, предназначенный для обработки вращением. Он был упрятан в особое помещение, опущен в довольно глубокую шахту-круглый колодец поперечником примерно три метра. Стенки шахты были выложены свинцовыми тюбингами. Заготовка-массивное толстостенное кольцо-стояла на дне шахты на тонкой дисковой подставке. Чтобы приступить к делу, оставалось только надеть на заготовку кожух-рубашку из листового металла и закрыть шахту крышкой.

Непосредственное наблюдение за превращениями кольца исключено из соображений безопасности. Во время испытаний бывали случаи, когда кольца рвались. В память об этом остались покалеченный кожух в углу лабораторного зала да рваные раны, словно от артобстрела, на тюбингах шахты.

Зато в распоряжении исследователей имеются регистрирующие приборы. Кроме того, перипетии эксперимента можно наблюдать и на телеэкранах.

Работая на этом стенде, ученые открыли новые интересные возможности. Слегка изменив конструкцию установки, они совместно с кандидатом технических наук Алтыкнсом попробовали формовать различные изделия, например, типа раструбов, разворачивать цилиндрические заготовки в фасонные диски. Получилось неплохо.

И какие огромные преимущества перед существующей технологией! На тяжелых прессах, в громоздких приспособлениях осаживают кольцевые слитки. При этом большую часть своего усилия пресс за-

трачивает не на деформирование, а на преодоление трення между приспособлением и деталью. Дорого, непроизводительно, неудобно.

А обработкой вращением можно, к примеру, кольцевую заготовку диаметром 300 мм практически мгновенно (по сравнению с изготовлением на прессе) растянуть в диск с наружным диаметром 600 мм. Скорость вращения при этом должна быть 15 000 оборотов в минуту. Для "вращательной* установки это пустяки.

Формообразование - немаловажная составляющая авторского свидетельства, полученного группой сотрудников ЦНИИТмаша на обработку вращением.

Авторы изобретения уже нашли ему несколько конкретных областей применения.

И первая из них-изготовление так называемых капов.

Капы-это стальные кольца. Их надевают на валы роторов электрогенераторов тепловых электростанций. Их задача-не дать центробежным силам вырвать обмотку ротора из его пазов и тем самым вывести из строя генератор. Такие аварии по вине капов до недавнего времени были бичом энергетики. В Канаде произошел, например, трагический случай, когда разорвавшимся капом были убиты члены комиссии, принимавшей новый электрогенератор.

Капы делают из аустенитной стали, постепенно облавливая кольцевую заготовку под гидравлическим прессом. Добиться равномерности механических свойств таким путем невозможно. Это в конечном счете и губит капы.

Американцы попробовали использовать для капов магнитную сталь, которая лучше обрабатывается давлением. Но у этой стали свой минус: она вызывает вихревые токи в генераторе. Пришлось применить специальную антимагнитную укладку обмотки, а она повлекла за собой увеличение размеров ротора, необходимость применения особой изоляции, снижение к. п. д. генератора... Энергетики зашли в тупик, особенно при изготовлении генераторов повышенной мощности от миллиона киловатт и выше, кстати сказать, наиболее выгодных с экономической точки зрения.

Обработка вращением позволяет создать надежные энергоагрегаты, не меняя почти прежнюю простую конструкцию ротора. Равномерность свойств капа из обычной аустенитной стали теперь выше всякой критики. К тому же новый способ не ограничивает размеров капа, а, значит, открывает возможности создания генераторов мощностью далеко за миллион киловатт.

А. Минасарян сообщила еще об успешных опытах по упрочнению вращением колец из особо прочных сталей, идущих на изготовление контейнеров для выдавливания металла на горизонтальных прессах. Упрочнение ведут здесь при лютом морозе, при температуре до -190° С. Мартенситные превращения, происходящие в стали под влиянием охлаждения и вращения, как бы армируют аустенитную структуру. Предел текучести возрастает небывало: до 200-210 кг/мм*.

Большое будущее, по всей вероятности, ждет обработку вращением в порошковой металлургии.

Новое изобретение уже запатентовано в Италии (итальянский патент № 808234). Скоро будут получены патенты и в других странах.

Журнал "Изобретатель и рационализатор" №9, 1969г

Материал подготовил для размещения на сайт и дал комментарии М. Быховский

"КИПЯЩИЙ СЛОИ" - НЕЖНАЯ ПОДСТИЛКА ДЛЯ БОЛЬНОГО С ПОВРЕЖДЕННОЙ КОЖЕЙ.

Журнал "Медикэл Уорлд Ньюс" сообщает о неожиданном применении принципа "кипящего слоя", о котором, конечно, не думали создававшие его химики и металлурги.

На слое толщиной до 1/4 метра, состоящем из керамических шариков величиной с песчинку, продуваемых потоком теплого воздуха, спокойно засыпают больные с обожженной кожей, изъязвлениями, пролежнями а также страдающие хронической бессонницей.

"Кипящий слой" не только поддерживает тело больного, но и массирует его. Выделения кожи смываются с нее, а щелочность шариков предотвращает развитие бактериальной инфекции.

Такая постель, примененная в Медицинском колледже Южной Каролины (США), как сообщает журнал "Медикэл Уорлд Ньюс", позволяет регулировать влажность и температуру подаваемого воздуха и требует для своего функционирования в 12 раз меньше расхода воздуха, чем аналогичные постели на "воздушной подушке", применяемые в Великобритании.

Определение: ПСЕВДООЖИЖЕНИЕ, превращение слоя зернистого материала под влиянием восходящего газового или жидкостного потока либо иных физ.-мех. воздействий в систему, твердые частицы к-рой находятся во взвешенном состоянии, и напоминающую по св-вам жидкость,-псевдоожижен-ный слой. Из-за внеш. сходства с кипящей жидкостью псевдоожиженный слой часто наз. кипящим слоем. В англоязычной литературе принят термин "fluid bed" (ожиженный слой), а операция П. носит назв. "fluidiration".

Химическая энциклопедия, 1995г., т.4, стр. 133

В данном примере кипящий слой используется в области относительно далекой от той, в которой его было принято использовать изначально(сушка). Изобретателям удалось использовать кипящий слой для удовлетворения многих потребностей по уходу за пациентом: снижение механических нагрузок на тело, гигиенический уход, массаж.

Благодаря тому, что взвешенные в воздухе частицы создают дополнительное сопротивление воздушным потокам, давление на человека увеличивается, и расходуется меньше воздуха, чем в случае применения воздушной подушки.

К данному примеру, как мне кажется, можно отнести следующие принципы разрешения технических противоречий:

1. Принцип дробления: а) разделить объект на независимые части; б) выполнить объект разборным; в) увеличить степень дробления объекта.

15. Принцип динамичности: а) характеристики объекта (или внешней среды) должны меняться так, чтобы быть оптимальными на каждом этапе работы; б) разделить объект на части, способные перемещаться относительно друг друга; в) если объект в целом неподвижен, сделать его подвижным, перемещающимся.

29. Принцип использования пневмо- и гидроконструкций: вместо твердых частей объекта использовать газообразные и жидкие: надувные и гидронаполняемые, воздушную подушку, гидростатические и гидрореактивные.

31. Принцип применения пористых материалов: а) выполнить объект пористым или использовать дополнительные пористые элементы (вставки, покрытия и т. д.); б) если объект уже выполнен пористым, предварительно заполнить поры каким-то веществом.

А также в данном примере можно выделить новый прием:

твердую среду раздробить на части (принцип дробления) и провести псевдоожижение полученных частей.

УГЛОВЫЕ ПАНЕЛИ НЕ НУЖДАЮТСЯ В КАКОМ-ЛИБО СКРЕПЛЕНИИ.

Особые угловые панели применены на строительстве жилищ в Ллэйндайрн близ Кардифа (Англия). Как утверждает фирма, такие панели, применяемые для внутренних перегородок, не нуждаются при наличии жестких междуэтажных перекрытий в каком-либо скреплении между собой. Проемы для дверей, встроенных шкафов и окон делаются во всю высоту этажа.

5. Принцип объединения: а) соединить однородные или предназначенные для смежных операций объекты; б) объединить во времени однородные или смежные операции.

10. Принцип предварительного действия: а) заранее выполнить требуемое действие (полностью или хотя бы частично); б) заранее расставить объекты так, чтобы они могли вступить в действие без затраты времени на доставку и с наиболее удобного места.

В данном примере использование угловых панелей значительно облегчает строительство домов, т.к. позволяет избегать работ по скреплению плоских панелей между собой, по выравниванию и ориентированию плоских панелей (т.е. автоматически обеспечивается вертикальность стенок и расположение их под прямым углом друг к другу).