15. Принцип динамичности

а) Характеристики объекта (или внешней среды) должны меняться так, чтобы быть оптимальными на каждом этапе работы. Например, бульдозерный отвал в виде упругой ленты, которая изменяет свою форму, приспосабливаясь к различным условиям эксплуатации.

б) Разделить объект на части, способные перемещаться относительно друг друга.

в) Если объект в целом неподвижен, сделать его подвижным, перемещающимся. Например, известно, что эксплуатация котлов на высокозольных топливах приводит к зашлаковыванию поверхностей нагрева. При зарастании труб топочного экрана шлаком мощность энергоблоков падает. Очищают экраны паровой обдувкой, однако сопловой аппарат, устанавливаемый стационарно, достает лишь в радиусе 2,02,5 м и для мощных котлов их число доходит до полусотни. Струя пара, сбивая с экранов золу, превращает ее в абразивный материал, истирающий экранные трубы. Было предложено, используя тот же сопловой аппарат, очищать экраны холодной водой, при этом, под действием термошока шлаковый слой эффективно разрушается. Но, под действием термошока уменьшается прочность самих труб, а также в трубах нарушается циркуляция из-за локального переохлаждения и возможен разрыв труб. В способе очистки топочных экранов котлов (а. с.468079) предложено струю воды динамизировать и равномерно сканировать поперек труб, смещая по всей высоте экрана, поэтому застоя циркуляции не происходит. При этом компактная струя воды при Р = 0,50,8 МПа имеет дальнобойность 2530 м. Водяной сопловой аппарат автоматически вводится в амбразуру в стенке топки и, перемещаясь колебательными движениями по горизонтали, омывает весь экран. Такие аппараты очищают даже межтурбные промежутки, не разрушая сами трубы. Причем, котел очищается за 46 минут, не прекращая эксплуатации котла.

16. Принцип частичного или избыточного решения (действия): если трудно получить 100 % требуемого эффекта, надо получить "чуть меньше" или "чуть больше" и задача при этом может существенно упростится. Например, при плазменно-дуговой резке металлов, для резки с "гарантией" в один проход, дугу включают на полную (избыточную) мощность.

17. Принцип перехода в другое измерение.

а) Трудности, связанные с движением (или размещением) объекта по линии, устраняются, если объект приобретает возможность перемещаться в двух измерениях (по плоскости), или переход с плоскости - к пространству трех измерений.

б) Использовать многоэтажную компоновку объектов вместо одноэтажной, например, «двухэтажная» пила имеет нижние зубья, разведенные больше верхних, такая пила очень чисто режет волокнистые материалы. Двух и многоэтажные сверла позволяют сверлить отверстия большого диаметра на маломощных станках без предварительного засверлывания, причем при глубоких отверстиях их меньше "уводит".

в) Наклонить объект или положить его "набок".

г) Использовать обратную сторону данной площади.

д) Использовать оптические потоки, падающие на соседнюю площадь или на обратную сторону имеющейся площади.

18. Использование механических колебаний

а) Привести объект в колебательное движение. Например, кипение недогретой жидкости на вибрирующей поверхности нагрева осуществляется при вибровоздействии на источник тепла, с увеличением теплообмена и улучшением внутренних характеристик процесса кипения. Причем, при низкочастотном воздействии проявляются гистерезисные эффекты, наблюдается активация центров парообразования, меняется эволюция паровых пузырей на поверхности. Возможно управление процессом кипения и интенсификации теплообмена с помощью изменения режима механических вибраций нагревателя (частоты и амплитуды). Кроме того возможна обратная связь параметров теплообмена при кипении с характеристиками сопровождающего шума, с регистрацией и прогнозированием кризиса теплообмена при кипении пассивным акустическим методом по анализу частотно-амплитудного спектра шума кипения.

б) Если такое движение уже совершается, увеличить его частоту (вплоть, до ультразвуковой). Например, известно, что из-за трения жидкости о внутреннюю поверхность трубопроводов сокращается количество прокачиваемой жидкости, приходиться повышать давление, затрачивать дополнительную мощность на привод насосов. Устройство для виброобработки жидкостей (а. с. 500383) позволяет использовать эффект уменьшения вязкости жидкости пропорционально частоте колебаний. Вибратор возбуждает в жидкости колебания ультразвуковой частоты, которые снижают межмолекулярное сцепление в потоке и трение жидкости о соприкасающуюся поверхность. Данное устройство, при том же давлении, увеличивает скорость течения жидкости в трубопроводе и дальнобойность струи. Кроме того, вода текущая по вибрирующим в осевом направлении трубам, уносит в пятеро больше тепла (а. с. 184990).

в) Использовать резонансную частоту. Резонансный эффект заключается в совпадении частот вынужденных колебаний одного объекта с собственной частотой колебаний другого объекта. Резонанс может интенсифицировать процессы: тепло и массообмена (а. с. 641229); разделение и смешение материалов (а. с. 729657). Например, сыпучий материал, хранящийся в емкости дозатора, проходит сквозь зазор между стенками этой емкости и корпусом вибратора. При выключенном вибраторе материал неподвижен - его держат силы трения, а при включении вибратора - материал движется в зазоре, причем скорость движения максимальна, если частота вибраций согласуется с частотой собственных колебаний потока (а. с. 793876). В другом случае, при сушке порошка в кипящем слое, используют продувку горячим воздухом и воздействие на порошок акустических колебаний для интенсификации перемещения частиц порошка и увеличения теплообмена. Размеры частиц малы (100 мкм) и их резонансные частоты лежат в ультразвуковом диапазоне. Применение ультразвука не выгодно из-за низкого КПД для кипящего слоя. Возникает физическое противоречие: колеблющиеся частицы должны быть большими, чтобы хорошо взаимодействовать со звуком и должны быть маленькими, чтобы хорошо сушиться. Для разрешения противоречия в кипящий слой вводят частицы, размеры которых выбраны соответственно частоте звуковых колебаний (а. с. 322581). Для предотвращения образования накипи в котлах малой производительности с использованием жесткой питательной воды и с минимальной водоподготовкой применяется способ, согласно которому поверхность нагрева, воду и кристаллы накипи подвергают воздействию внешних колебаний, с частотой совпадающей с частотой собственных колебаний этой системы. При этом, силы резонанса, используя разницу модулей упругости металла и накипи, отрывают кристаллы солей от стенок, с последующим удалением их продувкой. Установка содержит импульсный высокочастотный генератор, включающий повышающий трансформатор, однополупериодный выпрямитель и зарядное устройство, а также магнитострикционные излучатели, которые прикрепляются к стенке котла (барабану-сепаратору) или к трубопроводу, подводящему питательную воду.

г) Применить вместо механических вибраторов - пьезовибраторы.

д) Использовать ультразвуковые колебания в сочетании с электромагнитными полями. Например, способ безопилочного резания древесины, для снижения усилия внедрения инструмента в материал, предполагает резание осуществлять инструментом, частота пульсации которого близка к собственной частоте колебаний перерезаемой древесины (а. с. 307986). Другой пример: в вибрацином насосе для перекачки жидкостей возбуждают в жидкости колебания УЗ частоты, снижая межмолекулярное сцепление в потоке и трение жидкости соприкасающуюся поверхность, при этом скорость перекачки возрастает.