24. Принцип посредника

а) Использовать промежуточный объект-переносчик, переносящий или передающий действие. Например, соединение разнородных металлов (меди и алюминия) осуществляют используя промежуточные прокладки, хорошо свариваемые между собой и с данными металлами. Другой пример: применение взрывобезопасного охлаждения элементов металлургических печей, так называемого "бинарного охлаждения", включающего контур циркуляции проточной охлаждающей воды полностью изолированный от внешних тепловоспринимающих поверхностей слоем промежуточного теплоносителя. При этом тепловой поток воспринимается промежуточным теплоносителем, который путем естественной конвекции передает его контуру охлаждающей воды.

б) На время присоединить к объекту другой (легкоудаляемый) объект. Например, способ нанесения летучего ингибитора атмосферной коррозии на поверхность деталей осуществляется путем их обдувки нагретым воздухом, насыщенным парами ингибитора. Другие примеры: уголь перед сжиганием смачивают известковым молоком и при этом уменьшается содержание вредных веществ в дыме (а. с. 1097860). Присадка к топливу (угольной пыли, мазуту) рассола бишофита увеличивает в 3¸4 раза межочистной период энергокотлов, уменьшая зашлаковываемость экранных поверхностей. Дополнительно бишофит играет роль катализатора при горении и снижает расход топлива. В обоих случаях вещество-посредник улучшает процесс горения и обеспечивает дополнительные эффекты. Избыточное тепло от энергетических ДВС и компрессоров отбирается системами охлаждения - воздушными или водяными, причем низкопотенциальное тепло практически не используется. В способе охлаждения энергоустановок (а. с. 669070) предложено смешивать килограмм воздуха с 10¸60 кг мелкодисперсной графитовой пыли с получением газопорошкового теплоносителя. Причем для него коэффициент теплоотдачи в 50 раз выше, чем у воздуха и в 2 раза ниже, чем у воды. Такой воздушно-графитовый теплоноситель хорошо транспортируется по трубам и рубашкам охлаждения и имеет высокую текучесть. При этом в системе охлаждения предусматривается постоянное разделение графита и воздуха в разделителе фаз. Нагретый воздух, очищается от твердых частиц, теплота его утилизируется, а графит вновь направляется в систему.

25. Принцип самообслуживания

а) Объект должен сам себя обслуживать, выполняя вспомогательные и ремонтные операции. Например, существует актуальная проблема шума в теплоэнергетических устройствах использующих высокоскоростные струи газов и жидкостей, а также факельное сжигание топлив. Применение глушителей и дополнительной звукоизоляции снижает КПД установок и увеличивает габариты. В ЦАГИ провели следующие эксперименты: на определенном расстоянии от сопла установили заданную скорость воздушного потока и на струю наложили от акустического генератора (динамика) звуковое поле. Озвученный газовый поток в низкочастотном диапазоне несколько уменьшает скорость и начинает сильнее шуметь. Затем в среднечастотном диапазоне наступает насыщение, а в зоне высоких частот звук гасит шум струи и она увеличивает скорость. На этом эффекте основан способ акустического подавления (или ослабления) турбулентностей в дозвуковых потоках жидкостей и газов (открытие СССР № 212). Физика процесса заключается в том, что в турбулентной струе на выходе из сопла периодически зарождаются так называемые кольцевые вихри, которые взаимодействуют друг с другом и образуют вихревые структуры. Звук высокой частоты воздействует на вихревые образования, измельчает их. При этом струя становится более тонкой, растет ее дальнобойность, гаснет шум. Мощность излучения динамика в тысячи раз меньше мощности излучения струи и зависит от рода газа или жидкости. Динамик может устанавливаться вначале или в конце струи и гасит пульсации мощного потока и вибрации оборудования. Возможен переход на "самообслуживание", то есть отказ от применения постороннего источника звука и генерирование звукового потока нужной частоты элементами конструкции от энергии самой струи. При этом зона с низкочастотным облучением может использоваться для роста вихрей, турбулизации потока и интенсификации процесса перемешивания. Другой пример из водоподготовки: растворенные в воде кислород, углекислый газ и сероводород разъедают при коррозии оборудование, трубопроводы и т.д. При часто используемой вакуумной дегазации воды вакуум получают с помощью сложных насосов - механических, пароструйных-эжекторных. Можно ли саму воду использовать для образования вакуума? Такая установка представляет собой ряд последовательно установленных эжекторных головок и вакуумных камер (а. с. 116148, 1084041). При этом вода под давлением в 0,4-4 МПа подается в сопло эжектора и движется со скоростью 180 км/ч, создавая в вакуумной камере разряжение, а растворенные в воде газы выделяются. Поток засасывает через отверстия окружающий воздух, отчего капли воды дробятся и газы выделяются еще интенсивнее. Сочетание вакуумирования и дробления капель ускоряет процесс дегазации в 1500¸3000 раз. Способ можно использовать при: обработке питательной и подпиточной воды; при сжигании жидких топлив; в водоснабжении при обработке подземных вод с большим содержанием железа.

б) Использовать отходы (энергии, вещества). Например, в электросварочном пистолете проволоку подает специальное устройство, а стабильность горения дуги поддерживается индуктивным балластом, на котором наблюдаются значительные потери. Можно использовать для подачи проволоки, причем синхронно с процессов сварки, соленоид, работающий на сварочном токе и выполняющий одновременно роль балласта. Другой пример: зола ТЭЦ, содержащая определенный процент недогоревших частиц угля, может использоваться для изготовления кирпичей из смеси местных глин (15 %) и золы (85 %). Технология - глина и зола перемешиваются отдельно, смешиваются в заданной пропорции, смачиваются водой до нормы. Затем смесь формуется на вакуумном прессе, влажные кирпичи подсушиваются и спекаются в туннельной печи. При этом расход топлива на обжиг снижается в три раза, по сравнению с обычными кирпичами, так как в золе присутствуют мелкие частицы подгоревшего угля, которые на определенной стадии обжига окисляются и разогревают материал изнутри.

в) Максимально использовать резервы имеющихся веществ и энергии. Например, известно, что при разрывах барабанов паровых котлов и трубопроводов на ТЭЦ, пароводяная смесь при высоких давлениях и температуре 500 °С является причиной тяжелых аварий. Причиной взрывов является снижение стойкости металла под действием высоких динамических нагрузок, меняющихся при остановках и пусках котлов: от термоударов металл охрупчивается и дает трещины. Для восстановления свойств металла на паропроводы устанавливают нагреватели (электросопротивления или индукционные) и проводят термообработку (отпуск и нормализацию). При этом снимают термоизоляцию и, так как трубопроводы довольно протяженные, термообработку проводят поэтапно по длине. Причем восстановить барабан и гибы трубопроводов данным способом (особенно внутри котла) практически невозможно. Кроме того, на внутренних поверхностях котлов во время эксплуатации образуется плотная магнетитовая пленка, которая защищает металл от охрупчивания и разрушения, но при пусках и остановках котла металл барабана, нагреваясь и остывая, подвергается термодеформации и пленка трескается. Индукционный отпуск, восстанавливая свойства металла котла, защитную оксидную пленку восстановить не может. В способе восстановления металла агрегатов котла ТЭЦ (а. с. 1270174) предложено использовать работающий котел в качестве инструмента для ремонта котла, пришедшего в негодность, при этом электрический нагрев заменяется - паровым. Для этого перегретый пар при температуре 500 °С направляется в барабан восстанавливаемого котла, с проведением внутреннего нагрева и отпуска. Магнетитовая пленка появляется во время ремонта меньше чем за сутки, происходит, так называемое, парокислородное оксидирование. Способ экономит электроэнергию, не требует сложного оборудования, котел быстрее возвращается в строй и имеет больший срок службы. Другой пример из энергосбережения: для зимних теплиц площадью 10 га требуется столько же теплоты, сколько городу со 100000 населением [16]. При использовании нагревателей обогревающих грунт необходима вода с температурой 80¸100 °С, поэтому такой тепличный комбинат сжигает более 1 млн. м³ природного газа в сезон. Предлагается использовать сбросную воду ТЭС с температурой 25¸30 °С для обогрева остекления: при этом на плоскую крышу из стекла подается теплая вода с получением водяной пленки в несколько миллиметров. Однако слой воды хорошо удерживается только на крыше и вода поглощает больше половины солнечного света, необходимого растениям. Кроме того, низко стоящее солнце не эффективно освещает теплицу, так как лучи отражаются. Можно воду пропускать между двумя стеклами, тогда перекрытие превращается в своеобразную линзу, которая пропускает до 90 % света. Причем верхняя прозрачная панель выполняется с гофрами, улавливающими солнечные лучи, падающие на крышу под любым углом. Наиболее эффективно утилизируется тепло в теплице (а. с. 818510) с прозрачным перекрытием, в которую поступает сбросная вода ТЭС через коллектор, установленный внутри у основания теплицы и имеющий ряд щелевых сопл. Подающиеся под давлением струи воды омывают прозрачный экран изнутри образуя пленку, которая стекает в резервуар и пройдя через теплообменник для обогрева грунта, возвращается в систему водоснабжения станции. Арочная крыша из прозрачного материала улавливает лучи восходящего и заходящего солнца. Струи воды прижимаются к своду под действием центробежной силы. Повышается коэффициент тепло и массообмена между водой и воздухом в теплице. Изменяя толщину омывающего слоя и скорость циркуляции можно регулировать интенсивность теплообмена и влажность воздуха в теплице. Данная конструкция теплицы может выполнять роль градирни для ТЭЦ.