Как решаются изобретательские задачи (стр. 4 )

Рис.30. Новая схема очистки керосина (без фильтра).

Таким образом предлагается (cм. ИР. 1981, № 2): усилить электризацию керосина до фильтрации в емкости для хранения путем увеличения взаимной скорости керосина и металла таким образом, чтобы обеспечить предварительное слипание всех мельчайших частиц пыли и их оседание; поскольку трудно увеличить скорость керосина, то по принципу "наоборот" опустить в бак с керосином металлический диск и вращать его там с большой скоростью. В результате усиленной электризации керосина возникают в нем очень крупные частицы, которые быстро отстаиваются в баке, не требуя фильтрации (т. е. как бы размер пор фильтра увеличился до "бесконечности" - до размера бака - отстойника). Скорость и качество очистки керосина резко возросли, уменьшилась сложность системы очистки керосина. Использованы следующие методические принципы: физ-эффект "Электризация" и его усиление за счет усиления трения, приемы "наоборот", "вред в пользу" и "предварительного действия".

Рис.31. Векторы сил люльки элеватора.

4.2. РАСКАЧИВАНИЕ ЛЮЛЬКИ ЭЛЕВАТОРА

Люльки цепного элеватора рычагами прикреплены к двум цепям, передвигаемым зубчатыми колесами, цепи замкнуты. При движении на повороте (при огибании ведущего и ведомого колес) люльки сильно раскачиваются из-за различия направлений векторов инерции и углового ускорения. Чтобы люльки не раскачивались, обеспечивают их двухопорное движение - для этого каждую боковину люльки снабжают двумя, тремя и более опорными роликами, которые движутся по своим направляющим в зависимости от положения люльки относительно элеватора и несущей цепи: слева, справа или при огибании цепью колеса. Траектория роликов является сложной кривой из-за переменного расстояния центра тяжести люльки от центра вращения колеса, огибаемого цепью. Вследствие этого весьма сложна и требует строгой настройки система направляющих для роликов двух и много опорным способами. Как упростить конструкцию люльки цепного элеватора? (задачу и решение не сложно моделировать детским конструктором). (Рис. 31)

Ход решения:

Часть I. Анализ задачи.

1.1. ТС для хранения и вертикального транспорта грузов включает (цепной элеватор): раму, колеса, цепи с рычагами, люльки, ролики на их боковинах, ось подвески люльки к рычагам, направляющие для роликов.

НЭ-1: люлька на повороте (во время движении цепи по колесу) сильно раскачивается (и роняет груз с полки).

СУ: обеспечить двухопорное движение люльки с помощью роликов и направляющих.

НЭ-2: система роликов и направляющих резко усложняет конструкцию и наладку цепного элеватора. (Множество имеющихся в патентном фонде решений направлены на дальнейшее усложнение: используют даже трех - и четырех-опорное движение люлек).

ТП-1: ЕСЛИ использовать ролики и направляющие, ТО люльки при движении на повороте не раскачиваются, НО конструкция элеватора резко усложняется.

ТП-2: ЕСЛИ не применять ролики и направляющие, ТО конструкция элеватора упрощается, НО люльки на повороте недопустимо сильно раскачиваются.

МИНИ-задача: необходимо при простой конструкции элеватора устранить раскачивание люлек при их движении на повороте.

1.2.  Инструмент - ролики (присутствующие, отсутствующие), изделие - люлька.

1.3.  Схемы ТП: присутствующие ролики (А) хорошо действуют на люльку (не дают ей раскачиваться), но плохо действует на ТС - усложняют.

ТП-2: отсутствующие ролики (не-А) хорошо влияют на ТС (делают конструкцию ТС простой), но плохо действуют (бездействуют) на люльки.

1.4. Необходимо обеспечить простоту конструкции и нераскачивание люлек - выбираем ТП-2. К тому же учтем, что в направлении усложнения конструкции за счет много (двух-, трех-,- и четырех-) опорного движения люлек имеется уже очень много изобретений и патентов СССР и других стран (несколько десятков).

1.5. ТП-2 предельно усиленно, т. к. выбрано движение люльки без второй дополнительной точки опоры - без ролика.

1.6. МЗ: дана люлька без опорных роликов. Отсутствующие ролики делают конструкцию простой, но не устраняют раскачивания люльки. Необходим такой Х-элемент, который устраняет раскачивание без усложнения конструкции элеватора.

Часть 2. Анализ модели задачи.

2.1. ОЗ: люлька раскачивается на оси крепления ее к рычагам цепи.

2.2. ОВ:T1 - люлька раскачивается во время движения на повороте, Т2 - в остальное время движения раскачивающаяся люлька успокаивается. Второй период больше первого в 2-10 раз.

2.3. ВПР: а)Инструменты - рычаг, точка опоры - подвески: металл оси, подшипник, Пмех - угловое ускорение на повороте;

б) Изделия - люльки: боковая стенка (где были установлены ролики), ось, полка. Вещество - металл.

Пмех: цепи тянут вбок на повороте и силы инерции под углом к тяге (при движении по вертикали эти направления совпадают).

в) НС: 2 цепи, ведущие и ведомые колеса, рама элеватора, блок управления элеватора.

г) Вне ТС: воздух, поля Земли.

ЧАСТЬ 3. ИКР и ФП

3.1 . ИКР-1: Х-элемент; абсолютно не усложняя ТС и не вызывая вредных действий, не дает точке опоры при движении на повороте раскачивать люльку (противодействует вектору раскачивания при любом направлении его действия), не мешая требуемому повороту люльки и сохраняя вертикальное положение люльки в любой фазе поворота (под действием силы тяжести).

3.2…Усиление ИКР-I: Точка опоры сама не дает люльке раскачиваться при ее движении по дуге поворота, сохраняя вертикальность люльки.

3.3…Макро-ФП: В точке опоры должна быть подвижность, чтобы люлька при движении по дуге поворота сохраняла вертикальное положение, и должна быть неподвижность, чтобы люлька не раскачивалась под действием суммы сил инерции и углового ускорения.

3.4…Микро-ФП: Чтобы обеспечить подвижность, в точке опоры должны быть скользкие частицы; чтобы обеспечить неподвижность, в точке опоры должны быть "хватательные" частицы (обеспечивающие сильное трение). Вероятно, проще искать в данной механической задаче разрешение ФП на макро-уровне. На микроуровне, в частности, возникает исследовательская задача - поиск вещества "скользко –нескользкого", неизвестного современной науке (анизотропного скользкого вещества).

3.5. Рассмотрим возможность разрешение ФП использованием смеси ресурсов: хотя у люльки одна точка опоры, на самом деле она сдвоенная - включает левую и правую стороны, которые находятся на одной оси; в результате оба вектора сил раскачивания совпадают. В ТРИЗ известно, что би-системы (би-С) с одинаковыми характеристиками переходят, как правило, к би-С со смещенными характеристиками, в данном случае могут быть сдвинуты точки опоры левая и правая между собой так, чтобы моменты раскачивания люльки по обоим сторонам не совпадали - использовать прием "рассогласования частей ТС". Для этого достаточно точки опоры сдвинуть по вертикали или горизонтали - в результате при раскачивании возникает момент гашения колебаний. (Рис.32)

Рис. 32. Люлька со сдвинутыми опорами.

4.3. ВЫСОКОВОЛЬТНЫЕ ИЗОЛЯТОРЫ ЗАПЫЛЯЮТСЯ

На изоляторах высоковольтной линии происходят замыкания проводов из-за оседания на них пыли. Периодически линию приходится отключать и промывать, точнее, протирать каждый изолятор влажной тряпочкой – это самый надежный способ [ ''Эксплуатация изоляторов высокого напряжения" - М.; 1979 с. III]. Из-за этого приходится строить дублирующую высоковольтную линию. Пробовали промывать струей воды, но обычная вода проводит ток и замыкает линии на землю. Пробовали подавать воду импульсами, но брызги воды замыкали провода между собой. Надо использовать дистиллированную воду, ее надо сотни тонн - это дорого. Как быть? Задача не решается два десятилетия.

Шаг 1.1. ТС для передачи высоких напряжений электрического тока включает в себя: изоляторы, опоры, провода.

НЭ-1: на изоляторе оседает пыль, приводящая к замыканию, проводов; СУ: промывают, протирают изолятор при отключенной линии; НЭ-2: нужно строить дублирующую линию – дорого.

ТП-1: Если протирать влажной тряпкой (или промывать струей), то изоляторы очищаются от пыли, но при этом требуется отключать электролинию.

ТП-2: Если изоляторы не протирать (не промывать), то не требуется отключать электролинию, но пыль на изоляторах накапливается и возможен пробой линии.

Шаг 1.2… Конфликт между изолятором (изделием) и водой (инструментом).

Шаг 1.3 ТП-1: Если промывать водой (вода есть), то изоля-торы чистые (хорошо), но плохо для линии (замыкается).

ТП-2: Если воды нет, то хорошо для линии (не замыкается), но плохо для изолятора (происходит на нем замыкание из-за пыли).

Шаг 1.4 Главная цель линии - передача электроэнергии, выбираем ТП-2.

Шаг 1.5. Усиление ТП: изоляторы вообще не чистят (не про­мывают), это максимально упрощает, эксплуатацию линии - нет затрат на уход, но толстый слой пыли приводит к ежеминутным замыканиям линии.

Шаг 1.6 МЗ: Даны изоляторы и "отсутствующая" вода. Изолятор вообще не чистится, это упрощает уход за электролинией; нужен некоторый Х-элемент, который предотвращает скопление пыли на изоляторах без отключения электролинии.

Шаг 1.7 Имеется веполь с вредной связью между двумя вещест-вами: B1 - изолятор, В2 - пыль, нужно что-то ввести: В3, B'2, Пх?..

2. ВПР

Шаг 2.1 ОЗ: поверхность изоляторов и примыкающий к ним слой воздуха.

Шаг 2.2 ОВ: оседание пыли на изолятор происходит постоянно.

Итак, Х-элемент должен круглосуточно, постоянно очищать поверхность изолятора или, точнее, не допускать оседания на нем пыли из прилегающего слоя воздуха.

Шаг 2.3 ВПР: в ТС имеются изолятор, воздух с пылью, провода, опора, электрический ток, переменное электромагнитное поле, ветер, солнце, гравитация.

3. ИКР и ФП

Шаг 3.1 ИКР-1: Х-элемент, абсолютно не усложняя ТС и не вызывая вредных явлений, предотвращает в течение всего време-ни работы оседание пыли на изоляторы, сохраняя возможность не отключать линию.

Рассмотрим элементы ТС в качестве такого Х-элемента. В начале - пусть это воздух. Вот он крутится около изолятора, не давая осесть на него пылинкам… Есть авторское свидетельство о подаче к изолятору сжатого воздуха - это решение усложняет и удорожает линию: нужны компрессоры, очистка воздуха, трубы его подачи к каждому изолятору - это далеко не идеал.

Шаг 3.2 Усилим ИКР: Изолятор сам, используя энергию окружающей среды, не дает пылинкам оседать на его поверхность или, по крайней мере, сбрасывает их с себя.

Где взять энергию? Это могут быть ветер, гравитация, элек-троток в проводах и переменное электромагнитное поле вокруг них. Пусть ветер, несущий пылинки, превращает поверхность изо-лятора в "неудобную" для оседания пылинок. Можно придать изолятору такую аэродинамическую форму, чтобы происходили его колебания - так сделано в изобретении по авт. св.411523: изолятор выполнен в виде гибкой эластичной шайбы, края которой волнуются на ветру и сбрасывают пыль. Можно придать изолятору винтовую форму и обеспечить, возможность его вращения и др. Все эти решение приводят к существенным усложнениям конструкции изолятора, т. е. удаляют от ИКР. Кроме того, в Сибири зимний морозный воздух может неделями стоять неподвижно.

Гравитация приводит к осаждению пылинок на поверхность изолятора. Рассмотрим электрический ток в линии. Можно придать поверхности изолятора электрический заряд, но пылинки бывают разных зарядов. Была попытка расположить под изолятором электроспираль, чтобы поток теплого воздуха осушал поверхность и сдувал пылинки. Опять усложнение ТС и удаление от ИКР.

Еще имеется переменное электромагнитное поле вокруг проводов. Оно присутствует постоянно, пока включена электролиния; для его подвода не требуются провода или трубки... Но изолятор не чувствует электромагнитные колебания. Еще раз уточняем задачу: Электромагнитные колебания сами исключают оседание пылинок на поверхности изолятора постоянно.

Шаг 3.3 Макро-ФП: Поверхность, корпус изолятора должен чувствовать переменное электромагнитное поле (колебаться под его действием), чтобы исключить оседание пыли, но не может, т. к. электрически нейтрален.

Основные принципы разрешения ФП предлагают: использовать разделение в пространстве - одна часть изолятора остается нечувствительной и удерживает провода, изолируя от опоры, другая, чувствительная часть, принимает электромаг-нитные волны и преобразуют их в механическую энергию для удаления, встряхивания пыли. Здесь возможно несколько решений. На проводе образуют несколько витков спирали, получая соленоид; внутри него расположим стержень, опирающийся на корпус изолятора – вибрация стержня будет сотрясать весь изолятор. Это может иметь вредные последствия - изолятор быстрее выйдет из строя.

Шаг 3.4 Микро-ФП: В оперативной зоне (на поверхности изолятора) должны быть частицы вещества, чувствительные к переменному электромагнитному полю, чтобы стряхивать, удалять пылинки, и не должны быть такие частицы, чтобы не нарушать электрические и механические свойства изолятора.

Это ФП очень жесткое и кажется неразрешимым, но в принципе это уже не изобретательская, а физическая задача.

Шаг 3.5 ИКР-2: Частицы вещества в тонком слое поверхности изолятора сами сотрясаются под действием внешнего электромагнитного поля и сами сохраняют электрические и прочностные характеристики вещества изолятора.

Итак, смысл новой задачи в том, чтобы найти такое электро-непроводящее вещество, которое под действием электромаг-нитного поля меняло бы свои размеры, создавая микровибрации поверхности. Посмотрим справочник по физическим свойствам веществ - это магнитострикционная керамика, она неэлектро-проводна, а в переменном магнитном поле меняет свои размеры - эти изменения минимальны, но достаточны, чтобы на колеблющуюся поверхность не оседала пыль. Чтобы эти колебания не передавались корпусу изолятора, под магнитострикционным слоем, вероятно, нужно расположить эластичный слой резины, Это решение вплотную приближается к идеалу (ИКР). Проблема счистки изолятора исчезает, изолятор почти не усложняется - подана заявка на изобретение 4149613/07, 1986г. [ 30]. Теперь остается конструктивная и технологическая проработка найденного решения - это тоже большая и сложная работа, но она реально выполнима, для нее требуются лишь знания специалиста.

Потребовалось 2 часа управляемого по алгоритму мышле-ния, запись которого приведена выше почти документально, чтобы найти несколько вариантов оригинальных решений, включая и изложенный. Причем пройден не весь алгоритм АРИЗ-85В. Где еще можно применить вибрирующее покрытие?

8. Применения полученного ответа

Шаг 8.3 Использовать полученный ответ при решении других технических задач.

Представьте себе автомобиль, который не нужно мыть - верхний слой его краски постоянно вибрирует в переменном поле, не давая возможности удерживаться на ней ни пыли, ни грязи. Кроме того, снизится сопротивление воздушного потока, а значит уменьшится расход топлива.

Этой же краской можно покрыть корпус корабля, тогда он не будет обрастать водорослями и ракушками, которые значите-льно увеличивают гидросопротивление корпуса. Эта идея подтвердилась в опыте французских специалистов (газета "Социалистическая индустрия" от 01.01.01 г.), они покрыли днище судна краской, которая вибрирует под действием слабого переменного тока. В течение длительного времени к днищу не прилипла ни одна ракушка.

Если покрыть такой краской высокочастотный провод, исчезнет опасность его обледенения.

Известно, насколько легче входит в землю вибрирующий наконечник отбойного молотка в сравнении с обычным ломом. Увеличив прочность магнитострикционной керамики, можно сделать новый резец, который будет иметь лучшие характеристики, чем известный. (, 1986 [ 30])

Открываются целые области новых технических идей...

4.4. АВТОМАТ - ПРОБООТБОРНИК ЖИДКИХ СТОКОВ.

Грязные воды от промывки полов и пр. в цехе стекаются в бак. По мере его заполнения электросхема автоматически вклю-чает насос откачки и после опорожнения выключает насос. Эта жидкость, содержащая грязь, масло и щепки, проходя при откачке по трубе, через калиброванное отверстие должна была попадать в бутыль-накопитель в виде пробы на анализ. Необходимый объем пробы (2-5)·10-6 часть объема бака. В сутки проходит 3-5 откачек. Накопленную пробу до 20 л извлекают раз в неделю. Недостаток такой простой схемы пробоотбора в том, что маленькое отверстие в трубе быстро засоряется и в накопитель проба совсем не попадает - бутыль оказывалась пустой. Было поручено разработать автомат-проботборник с использованием электро - и пневмоприводов... Каким должен быть пробоотборник? Рис. 33

Рис.33. Старая система пробоотбора.

ХОД РЕШЕНИЯ:

Шаг 1.1. ТС для проботбора малой части мутной жидкости в момент откачки ее из бака включает бак, жидкость, "дырку" пробоотборник, насос со схемой-автоматом включения-выключе-ния, бутыль - накопитель проб.

ТП-1: Если "дырка* постоянно открыта, то устройство про-боотборника простое, но эта дырка быстро запирается мусором (ее надо постоянно прочищать).

ТП-2: Если вместо дырки поставить автомат-пробоотборник, то автомат с большой дыркой будет дольше работать, но все равно в этой дырке с подвижными стенками рано или поздно застрянет мусор и автомат выйдет из строя.

Мини-задача: необходимо простое и надежное пробоотбор-ное устройство, действующее в момент откачки жидкости из бака, которое не будет засоряться.

Шаг 1.2: Инструмент - "дырка" (большая и маленькая), изделие - проба мутной жидкости (с песком, глиной, маслами, щепками и пр.).

Шаг 1.3 ТП-I: Большая дырка не будет засоряться, но будет отбирать плохую (очень большую) пробу жидкости.

ТП-2: Маленькая дырка может отбирать требуемый объем жидкости, но не работает - быстро забивается грязью из состава жидкости.

Шаг 1.4 Выбор ТП: главное в данной задаче, чтобы "дырка" постоянно работала, не забиваясь. Выбираем ТП-1.

Шаг 1.5 Усиление ТП: пусть очень большая "дырка" и не имеет никаких механизмов, подвижных частей для ее перекрывания - постоянно открыта.

Шаг 1.6 МЗ: Даны постоянно открытая большая "дырка" и мусорная жидкость. Такая "дырка" не засоряется, но отбирает слишком много жидкости. Необходим элемент, обеспечивающий отбор малой порции (пробы) жидкости, сохраняющий "дырку" большой без подвижных деталей (без затвора).

Шаг 1.7 Веполи: даны В1 - "дырка" и В2 - мутная жидкость:

Рис. 34

Большая "дырка" отбирает слишком много жидкости. По стандарту на максимальный режим: если избыток вещества, то его удалять надо полем… Не ясно: какое Пх? Простор перебор полей по МАТЭМХ, вроде бы, ничего не дает, т. к. не ясно, что значит "удалять избыток пробы полем"? Анализ задачи нужно продолжить.

Шаг 2.1. ОЗ: "дырка" в стенке бака - по всей видимости, она не внизу – там слишком много собирается осадка, и не вверху бака - там очень осветленная жидкость собирается, а где-то посередине высоты стенки бака.

Шаг 2.2 ОВ: у бака два режима работы: в первом он заполняется случайными потоками моющей жидкости в переменном режиме: то за I, то 10 часов; во втором - режиме откачки, продолжительность и характер движения жидкости строго заданы мощностью насоса откачки, управляемого автоматически электросхемой в зависимости от заполнения бака. Ранее "дырка" работала во втором режиме, видимо, и "новая дырка" должна "открываться" тоже при работе насоса откачки.

Шаг 2.3 ВПР: инструмент - "дырка", вокруг нее металл, а в середине воздух; полей, видимо, не имеет;

изделие - мутная жидкость: вода, глина, песок, масло, щепки, растворенные соли; поля: давление столба жидкости, равномерное движение и снижение уровни жидкости при откачке (поля механические).

НС; бак, трубы, и канавы стока сливкой жидкости, труба и насос откачки. Вне системы: воздух и давление воздуха, поля Земли: гравитации, МП и пр.

Шаг 3.1 ИКР-1: Х-элемент, абсолютно не усложняя ТС и не вызывая вредных явлений, обеспечивает отбор заданной малой порции жидкости через стенку бака в момент откачки, сохраняя постоянно открытой большую дыру.

Шаг 3.2. Усиленный ИКР-1: заменим Х-элемент, например, на воздух… Воздух сам обеспечивает отбор заданной порции через большую дыру в момент откачки, не пропуская жидкость через дыру в остальное время.

Шаг 3.3 Макро-ФП: Воздух в "дырке" стенки бака большую часть времени должен быть "непропускающим жидкость", чтобы жидкость не текла через дырку бесконтрольно, и должен быть пропускающим жидкость в некоторый момент времени при откачке, чтобы отобрать заданную часть жидкости.

Шаг 3.4 Микро-ФП: Частицы воздуха в "дырке" должны быть сцепленными (плотными), чтобы воздух не пропускал жидкость, и должны быть несцепленными (неплотными), чтобы обеспечить отбор заданной порции жидкости.

Шаг 3.5 ИКР-2: Частицы воздуха сами становятся "непропускающими жидкость" в большой дыре и сами становятся пропускающими небольшую порцию жидкости для отбора ее пробы в бутыль-накопитель.

Шаг 3.6. Имеются 2 вещества: В1 - воздух и В2 - жидкость, воздух пропускает постоянно жидкость: нужно ввести в ТС П1 - такое давление B1, чтобы воздух не пропускал жидкость (т. е. П1 не ниже давления гидростатического столба жидкости В2), затем в некоторый момент импульсное П2 - давление в В2 такой величины, чтобы оно было более П1 для отбора через "дырку" порции жидкости в бутыль-накопитель. Очевидно, П1 и П2 - поля механического давления постоянное и импульсное (сравните шаг 1.7).

Чтобы, имея давление П1, не пропускал В2, "дыра" должна быть невертикальной, а горизонтальной - тогда давление газа может уравновесить давление жидкости - такой дырой является отверстие в колоколе, под которым под водой сохраняется воздух. Это пневмозатвор, решающий первую часть задачи, чтобы воздух не пропускал жидкость. Затем нужно или создать импульс П2, чтобы порция жидкости в нужный момент преодолела силу П1, но можно с этой же целью и уменьшить на время импульсно П1.

Задачу может решить гидропневмозатвор - типа того, кото-рый расположен под любой сантехнической раковиной: искомая постоянно большая "дыра", не имеющая подвижных частей, располагается в колене пневмозатвора и соединяется герметично трубкой с бутылью-накопителем: объем пневмозатвора рассчиты-вается с учетом величины давления столба жидкости над уровнем открытого отверстия так, чтобы сжатие газа под этим давлением не приводило к переливу через открытое отверстие. Часть "гидро-затвора" служит собственно пробоотборником, отмеряющим требуемую порцию жидкости, а другая часть " пневмозатвор" имеет - вертикальную трубу, направленную вниз - при снижении внешнего уровня жидкости ниже пробоотборника уровень в этой трубе также снижается, уменьшая величину П1 в такой степени, что отсеченный объем жидкости в гидрозатворе начнет подниматься и достигает уровня открытого отверстия, в результате проба жидкости стекает по трубе в бутыль-накопитель. (Рис.35.)

Рис.35. Гидропневмозатвор-пробоотборник.

Если жидкость в пробоотборнике из гидрозатвора будет двигаться с небольшими скоростями, то в его колене будет скапли-ваться осадок и хотя не сразу, но пробоотборник все равно забьется этим осадком. Это главный недостаток данной "открытой"' дыры. Чтобы преодолеть его, автор данного решения , изучивший АРИЗ в 1972 году и тогда же применивший его для решения данной задачи, решил ниже некоторого уровня резко увеличить диаметр вертикального колена, что соответственно увеличило объем этого колена (при увеличении диаметра в 10 раз объем возрос в 100 раз). Соответственно этому увеличению объема скорость продувки газом колена гидрозатвора пробоотборника увеличилась тоже в 100 раз - такая ураганная продувка полностью исключила задержку отложений осадков в этом колене. (Рис.36)

По патентным данным пробоотборники в виде сифона не были известны и на данное предложение было выдано авторское свидетельство на изобретение № 000 (см. БИ, 1977, №19).

7. Анализ способа устранения ФП

Шаг 7.1. Контроль ответа: можно ли не вводить новые поля?

Новые поля не вводятся, используются ресурсные механи-ческие поля: гидростатическое давление и противодавление воздуха в замкнутом объеме, кинетика движения жидкости в баке во время его откачки.

Рис.36. Пробоотборник по авт. св. 559151

Выполняется ли ИКР-I? Да, большая дыра постоянно откры-та. Разрешено ли ФП? Да, за счет противодавления воздуха в замкнутом объеме воздух не пропускает жидкость, за счет импульсного понижения этого давления при пробоотборе отбирается порция жидкости.

Содержится ли в ТС хорошо управляемый элемент. Управление глубиной погружения, которая определяет средний состав жидкости при отстое, производится путем расчета объема пневмо-затворной части, а объем порции управляется гидрозатворной частью.

4.5. ЭЛЕКТРООСАЖДЕНИЕ ГИДРООКСИДА МЕТАЛЛА ИЗ РАСТВОРА ЕГО СОЕДИНЕНИЯ В КЕРОСИНЕ

Из порции керосина надо полностью выделить металл, который находится в ней в виде раствора комплексной соли, осадив его в виде пленки гидрооксида металла на металлической пластине.

Рис. 37 Старая схема процесса электроосаждения: реэкстракция, разбавление, отбор аликвоты и электроосаждение

Для этого обычно поступают следующим образом: раствор в керосине смешивают с водным раствором (P-1) такого химического состава, который способствует практически полному переходу соли металла в водный раствор; водный раствор отделяют отстаиванием и разбавляют другим водным раствором (P-2), состав которого способствует полному электроосаждению.

Недостатки известного способа: его многостадийность, длительность, необходимость разбавлять первый водный раствор (P-1) вторым (P-2), чтобы обеспечить электроосаждение, значительные потери металла из-за разбавления. Как улучшить этот способ? (Рис. 37).

Шаг 1.1 ТС для электроосаждения гидрооксида металла включает керосин (содержащий соль металла), водный раствор-1 (для выделения соли металла из керосина), делительную воронку (для перемешивания и разделения керосинового и водного растворов), водный раствор-2 (состав которого соответствует условиям электроосаждения), электролитическую ячейку и ток.

НЭ-1: состав водного раствора-2 способствует полному электроосаждению, но плохо выделяет соль металла из керосина.

Чтобы полностью выделить соль металла из керосина, подобран состав водного раствора-1, а для проведения электроосаждения последний разбавляют раствором-2; требуется многостадийный процесс: выделение (реэкстракция), разбавление и электролиз.

НЭ-2: сложность процесса.

ТП-1: если использовать многостадийный процесс, то можно выделить металл из раствора его соли в керосине в виде гидрооксида, но процесс сложный.

ТП-2: если уменьшить число стадий, например, выделять соль металла сразу раствором-2, то процесс упрощается, но выделение металла не полное.

Необходимо при минимальных изменениях в ТС упростить и ускорить процесс, сохранив полноту выделения металла.

Шаг 1.2 Инструмент – водный раствор (составов 1 или 2), изделие – раствор соли металла в керосине.

Шаг 1.3 ТП-1: при выделении из керосина водным раствором-1 соль металла почти полностью переходит в воду, но для электролиза требуется разбавление водным раствором-2 (процесс сложный).

ТП-2: если выделять водным раствором-2, то процесс упрощается, но соль металла переходит из керосина в водный раствор-2 не полностью.

Шаг 1.4 Выбор ТП: исходная ситуация, отвечающая ТП-1, широко исследована и для нее уже выбраны наилучшие условия процесса, которые не обеспечивают упрощения и ускорения процесса: выбираем ТП-2, которое упрощает процесс, хотя и имеет существенные недостатки.

Шаг 1.5 Усиление ТП: ТП-2 отвечает двухстадийному процессу, еще хуже будет выделение металла, если процесс сделать одностадийным – реэкстракцию (извлечение соли металла из керосина) совместить с электролизом (на основе предельного упрощения по «Принципу объединения»).

Шаг 1.6 МЗ: даны керосин и водный раствор-2. Если извлечение соли металла из керосина совместить с электролизом, то процесс будет одностадийным (наиболее простым), но раствор-2 очень плохо извлекает соль металла из керосина и керосин мешает электролизу. Необходимо ввести такой Х-элемент, который обеспечивает полное извлечение металла и упрощение (ускорение) процесса выделения гидрооксида металла электролизом (за счет объединения стадий).

Шаг 1.7 Вепольное преобразование (использование стандартов): имеются В1 – керосиновый раствор соли металла и В2 – водный раствор-2 (состава, из которого хорошо проходит электроосаждение гидрооксида металла: 0,05% раствор HCl в насыщенном водном растворе хлорида аммония, из которого при напряжении 3-5 В/см, плотности тока 1,5-2 А/см2 в течение 10-15 мин при интенсивном охлаждении ячейки происходит электроосаждение) и Пэл; Пэл хорошо действует на В2. Необходимо ввести Вх или Пх, который обеспечит хорошее взаимодействие В1 и В2…

(керосин) В1 -/\/\/\/\/\-> B2 (водный раствор-2)

: /

Пэл. Рис. 38.

2. ВПР

Шаг 2.1 ОЗ: поверхность соприкосновения керосиновой и водной жидкостей – равновесное извлечение соли металла невелико (даже при интенсивном перемешивании, когда поверхность соприкосновения микрокапель очень велика; без перемешивания извлечение практически не происходит).

Шаг 2.2 ОВ: продолжительность электролиза из чисто водного раствора-2 составляет 10-15 мин; продолжительность двухкратной реэкстракции и разбавления 40-60 мин. (суммарное время улучшаемого процесса 60-80 мин.).

Шаг 2.3 ВПР: инструмент – водный раствор-2 (состав и условия проведения процесса см. на шаге 1.7), плотность P-2 примерно 1,2 г/см3 , хорошая электропроводность, поле – Пэл; при электролизе Р-2 в указанных условиях (шаг 1.7) имеет место интенсивное газовыделение: H2 и Cl2 – примерно 8 мл/с=0,5 л/мин. см2 и интенсивное тепловыделение (без охлаждения раствор выкипает за 3 мин).

(Примечание: водный раствор-1 содержит 0,1 – 0,5 моль/л ацетата натрия и 0,001 моль/л ЭДТА/трилона Б, комплексона Ш. Для того, чтобы P-1 не мешал электролизу, его нужно разбавить Р-2 не менее, чем в 10-30 раз.)

Изделие: керосин, растворенная соль (комплекс) металла, которая в воде не растворима.

НС: источник тока, катод-пластина из стали для осаждения гидрооксида металла из водного раствора Р-2, платиновый анод (может быть вращающийся), ячейка для электролиза с системой охлаждения водой, поле Пэл.

Внесистемы: воздух, поля Земли (гравитация и пр.)

3. ИКР и ФП

Шаг 3.1 ИКР-1: Х-элемент, абсолютно не усложняя ТС и не вызывая вредных явлений обеспечивает полный переход соли металла из керосина в водный раствор Р-2, не мешая процессу электролиза (электроосаждению гидрооксида металла на катод).

Шаг 3.2 Усиленный ИКР: водный раствор Р-2 сам извлекает полностью соль металла из керосина, не мешая электроосаждению.

Шаг 3.3 Макро-ФП: для того, чтобы Р-2 извлекал соль металла из керосина, в нем не должно быть соли металла (как в начале, так и в конце процесса извлечения...), для того чтобы произвести электроосаждение гидрооксида металла, Р-2 должен содержать соль металла.

Шаг 3.4 Микро-ФП: для того, чтобы Р-2 не содержал молекул соли металла в момент контакта с керосиновым раствором, соль металла из него должна тут же удаляться (тогда она непрерывно будет переходить из керосина в Р-2/водный раствор/ до полного извлечении соли из керосина), для того чтобы электролиз происходил, должны присутствовать в Р-2 молекулы (ионы) соли металла... Собственно, здесь сформулировано не ФП, а его разрешение по принципу "объединения" переходов из керосина в водный раствор Р-2 и одновременно из водного раствора Р-2 на катод. Для этого процессы следует "объединить" также в одном аппарате - в ячейке для электроосаждения.

Шаг 3.5 ИКР-2: водный раствор Р-2 сам извлекает соль металла из керосина за счет одновременного выделения этого металла в виде гидроксида с помощью электролиза.

Трудность этого процесса в том, чтобы керосин не прилипнул к одному из электродов (вероятно, к аноду, т. к. керосин с плотностью 0,9 легче водного раствора Р-2), прекратив тем самым процесс электролиза. Керосин не будет прилипать к электродам, если его капли будут очень малы и если на электродах непрерывно выделяются пузырьки газов, которые не подпустят капельки керосина к электродам.

Шаг 3.6 Имеются В1 - водный раствор Р-2 и В2.

Чтобы капельки керосина были очень мелкими, смесь растворов надо постоянно интенсивно перемешивать... В ходе электролиза (ресурс!) идет очень интенсивное газовыделение (см. шаг 2.3), которое и перемешивает растворы. Необходимо только, чтобы перемешивание началось ранее, чем в раствор Р-2 введен керосиновый раствор, т. е. изменить порядок действий - вначале включить электролиз, а потом внести в ячейку небольшой обьем керосинового раствора (0,1-0,2 мл на 3-5 мл водного раствора /Р-2/в ячейке), сразу же происходит интенсивное перемешивание, способствующее реэкстракции и защищающие от прилипания керосина к электродам. Таким образом, техническое решение выглядит так; (Рис.39):

Рис. 39 Ячейка, в которой объединены процессы реэкстракции и электроосаждения

В электролизную ячейку помещают водный раствор-2 электролит, включают охлаждение ячейки, опускают анод мешалку, включают вращение анода и подают ток для электролиза, тут же выделяются газы (процесс проводят в вытяжном шкафу); в этих условиях добавляют небольшой объем исследуемого керосинового раствора; извлечение соли металла из керосина способствует началу электроосаждения, а электроосаждение способствует извлечению соли металла из керосина. На катоде выделяется тонкая плотная пленка гидрооксидов металлов, содержащихся в исследуемых растворах. По сравнению с электролизом из чисто водного раствора процесс из эмульсии идет примерно на 5 мин. дольше - т. е. 15-20мин. Скорость процесса возрастает в 3-5 раз, полнота выделения из исходного объема керосина в 10-100 раз (за счет устранения разбавления водного раствора-1 раствором-2). Такое решение опубликовано в книге [Михайлов химия нептуния. М., Наука, 1971, с.68] и в статье [ и др. Материалы 3 симпозиума стран СЭВ, т. Ш-Прага, Комиссия АЭ ЧССР, 1975, с.170].

4.6. СКОЛЬЗЯЩАЯ ОПАЛУБКА ДЛЯ МОНОЛИТСТРОЯ

Нужно изготовить 300 м бетонную колонну по методу скользящей опалубки. Однако, металлическая опалубка прилипает к схватывающемуся бетону. Смазывание опалубки портит бетон. При отрыве опалубки в бетоне образуются вмятины, которые потом приходится штукатурить. Как быть?