Нужен способ пневматической транспортировки, при котором грузы будут двигаться по заданной программе с абсолютной надежностью: на определенном расстоянии друг от друга и в определенном темпе. Отказываться от пневматической системы транспортировки крайне нежелательно: потребуете» новое оборудование, а его у нас нет.
Начните решение задачи с шага 2-3.
Задача 13
В электронных схемах высокой частоты применяют так называемые линии задержки. Они служат для сдвига выходного сигнала по времени. Линии задержки представляют собой слоистую конструкцию - слои материала с низким и высоким омическими сопротивлениями чере-
дуются. Такими парами могут быть, например, стекло и сталь, сплав Вуда и медь. Толщина слоев составляет 0,1 - 0,01 мм, точность изготовления требуется высокая.
Известные способы изготовления (прессование, прокатка) малопроизводительны, дороги, дают много брака. Из некоторых пар вообще не удается получить слоистую конструкцию: материалы, составляющие пару, обычно резко отличаются по температуре плавления (стекло - до 800°, сталь-1500°, сплав Вуда -70°, медь-1083°); на тонкую пластину из сплава Вуда наложить раскаленную медную пластину, сплав Вуда просто растает.
Нужен принципиально новый способ изготовления слоистых конструкций.
Эта задача сложнее двух предыдущих: барьеры на пути к ее решению весьма высокие. Начните решение с шага 2-2.
Задача 1 4
Трубопровод далеко не всегда удается загрузить каким-либо одним нефтепродуктом.-Поэтому была предложена последовательная транспортировка, при которой разные нефтепродукты передаются по одному трубопроводу друг за другом, так сказать, встык. Способ этот в принципе имеет большое преимущество: вместо нескольких параллельных трубопроводов можно построить один. Но широкого распространения последовательная перекачка пока не получила.
Причина в том, что при перекачке одного горючего вслед за другим в зоне их соприкосновения неизбежно происходит смешивание. В связи с этим возникают сложные технические проблемы. Как, например, точно установить, когда кончается чистый бензин и начинается смесь его с дизельным топливом? А где кончается эта смесь и начинается последующий чистый продукт? Как своевременно отделить смесь от чистых продуктов и избежать загрязнения топлива, ранее поступившего в разервуары конечного пункта перекачки?
До 1960 года почти на всех магистральных нефтепроводах применялся ручной способ контроля: во время очередного цикла перекачки лаборанты контрольных пунктов в любую погоду, днем и ночью часами просиживали в сырых колодцах трубопровода, производя многочисленные анализы.
Рис. 30. Как уменьшить потери нефтепродуктов, передаваемых по одному трубопроводу?
Делалось это кустарно: прямо из трубопровода брали пробу, наливали ее в колбу и по уровню плавающего в ней поплавка определяли плотность нефтепродукта. Но разность плотности светлых горючих весьма незначительна, и «ловить» таким путем границы смешения было почти невозможно. В результате за каждый цикл перекачки только по одному трубопроводу среднего диаметра (500 мм) вместе со смесью уходило в брак от 800 до 1200 тонн чистых продуктов.
Было внесено несколько предложений. Например, предложили прибор «нефтеденсиметр», который определял сортность нефтепродуктов по их плотноети тоже на основе поплавка, но установленного в горловине трубопровода. Предлагалось также осуществлять контроль гамма-плотномером. Этот прибор действует при помощи гамма-излучений радиоактивных изотопов, устанавливая качество горючего опять-таки по его плотности. Есть ультразвуковые установки, измеряющие скорость распространения звука в жидкости.
Посмотрите на рис. 30. По трубопроводу встык движутся два разных нефтепродукта Л и Б. На стыке образуется смесь А + Б. Если бы удалось точно фиксировать границы I и II, то потери не превышали бы объема смеси. Но из-за неточности контроля приходится начинать отделение смеси раньше (линии III), а заканчивать позже (линия IV), чем это теоретически возможно. Совершенствуя методы контроля, приближают линию III к I и линию IV к II. Потери при этом уменьшаются, но смесь А + Б образуется по-прежнему. Целесообразнее обходной путь: вообще избежать образование смеси А + Б, использовав какой-то разделитель между А и Б.
Рис. 31. Разделители с манжетными и дисковыми уплотнителями.
Известны разделители (рис. 31) с манжетными, дисковыми и щеточными уплотнителями. Однако эти «ершики» имеют принципиальные недостатки: смесеобразование не предотвращается - нефтепродукты просачиваются через зазоры между стенками трубы и уплотнителями; «ершики» застревают в трубопроводах, а кое-где вообще не могут пройти. На трассе (через определенные расстояния) стоят промежуточные насосные пункты. Понятно, что пройти через насосы твердый разделитель не может.
Расположить вдоль трубопровода гибкую перегородку? Дорого, сложно, ненадежно…
Были предложены жидкие разделители: вода, лигроин» На первый взгляд это удачное решение: чтобы не происходило смешивания, достаточно взять жидкий разделитель в небольшом количестве - полтора процента от объема трубопровода. Но беда в том, что и вода, и лигроин, и любой другой жидкий разделитель в процессе транспортировки смешиваются с нефтепродуктами. Конечно, не жалко выбросить отработавшую в качестве разделителя воду, но как отделить ее от нефтепродуктов?
Итак, твердые и жидкие разделители имеют серьезные недостатки. Газообразные вообще не подходят: газ поднимается в верхнюю часть трубопровода и перестает играть роль разделителя.
Проведите анализ задачи с шага 2-3.
«ЗАПАТЕНТОВАНО» В ПАЛЕОЗОЕ.
Общее количество патентов на изобретения, выданных во всем мире, составляет около 13 миллионов. Предположим, что одно описание можно прочитать за 5 минут. Тогда на ознакомление с мировым патентным фондом потребуется около 125 лет.
Есть, однако, еще один «патентный фонд», в котором изобретений так много, что ознакомиться с ними человечеству не удалось за все время существования. Это п а-тентный фонд природы.
Человек издавна пользовался идеями, «запатентованными» природой. Количество изобретений, имеющих прямые прообразы в природе, вероятно, измеряется десятками тысяч. И все же пока освоена ничтожная часть «изобретений» природы, лишь те, которые лежали на виду.
Еще недавно господствовало мнение, будто одни и те же задачи в технике и в природе решаются разными путями. Действительно, технические решения чаще всего не похожи на решения природные. То, что в природе достигается тихо и как-то незаметно, в технике нередко связано с использованием огромных температур и давлений, с колоссальным расходом энергии, словом, с «большими потенциалами». Эти «.большие потенциалы» выглядят куда более внушительными, чём едва заметные приспособления каких-то букашек.
Считалось азбучной истиной, что копирование природы лежит в стороне от главной линии развития техники. Поэтому изобретатели, решая новые технические задачи, обычно даже не делали попыток использовать ответы, уже полученные природой.
Какой же путь предпочтительнее - традиционно-технический или тот, по которому развивались «живые машины»?
Сравним, например, крыло самолета и крыло птицы. Крыло современного самолета - одно из наивысших достижений техники. Но ни один самолет не может соперничать с птицами по количеству поднимаемого груза на единицу затрачиваемой мощности. Если бы крылья современных самолетов были машущими, они поднимали бы 120-130 кг груза на 1 л. с, развиваемую двигателями. А пока крылья наиболее совершенных машин способны поднять лишь вдесятеро меньший удельный груз.
Особенно велико превосходство природы в конструировании «контрольно-измерительных приборов». Кузнечик располагает слуховой аппаратурой, улавливающей колебания, амплитуда которых равна половине диаметра атома водорода! Не удивительно, что именно приборостроители первыми пришли к выводу о необходамости планомерно изучать и переносить в свою практику принципы, используемые природой. Так возникла бионика - наука, решающая инженерные проблемы приемами, заимствованными у природы.