Владимир Петров - Стандарты изобретательства

Задача 9.15. Вырезание дисков из стекла

Условия задачи

Кольцевое сверло вырезает диски из листов стекла. При этом образуются трещины в дисках (рис. 9.40).

Как быть?

Рис. 9.40. Вырезание дисков из стекла

Разбор задачи

Представим исходную ситуацию

Где

В 1 — сверло;

В 2 — диск;

П 1 — поле давлений (резание).

Положительная связь между В 1и В 2(прямая стрелка) — это резание стекла. Отрицательная связь (волнистая стрелка) — появление трещин.

Это веполь с вредными связями.

Такая задача решается с помощь стандартов подкласса 1.2.

Воспользуемся стандартом 1.2.1. Устранение вредной связи введением В 3

Решение

В качестве В 3выберем лед (рис. П.6).

Рис. П.6. Вырезание дисков из стекла

Предлагается ввести лед между стеклянными листами. Листы увлажняются водой и замораживаются. Лед скрепляет листы вместе, образуя монолитную структуру. Это предотвращает развитие трещин.

Задача 9.16. Защита стенок трубы

Условия задачи

Абразивная пульпа транспортируется по трубопроводу и разрушает стенки трубы (рис. 9.41).

Как быть?

Рис. 9.41. Защита стенок

Разбор задачи

Представим исходную ситуацию

Где

В 1 — абразивная пульпа;

В 2 — труба;

П 1 — поле давлений (поток пульпы).

Положительная связь между В 1и В 2(прямая стрелка) — это формирование потока пульпы. Отрицательная связь (волнистая стрелка) — разрушение стенки трубы.

Это веполь с вредными связями.

Такая задача решается с помощь стандартов подкласса 1.2.

Воспользуемся стандартом 1.2.2. Устранение вредной связи введением видоизмененных В 1и/или В 2.

В качестве В 3выберем лед — видоизменение воды — составной части пульпы В ' 2.

Решение

Предлагается ввести защитный слой между пульпой и стенкой трубы. Этот слой сделан из самой пульпы (ее составной части — воды). Трубу охлаждают в зонах износа и на внутренней стенке образуется слой льда. Абразив изнашивает слой льда вместо стенки трубы. Слой непрерывно восстанавливается, намораживая изношенный участок льда (рис. П.7).

Рис. П.7. Защита стенок

Задача 9.17. Удаление воздуха из порошка

Условия задачи

Удаление воздуха из порошкообразного материала осуществляется в деаэраторе (рис. 9.42).

Процесс идет медленно из-за медленного испарения.

Это также увеличивает потребность в резервуарах для деаэрации, которые нуждаются в больших складских площадях.

Как улучшить процесс деаэрации?

Рис. 9.42. Удаление воздуха из порошка

Разбор задачи

Исходную систему, с вепольной точки зрения, можно рассматривать как состоящую из двух веществ: порошка В 1и газа В 2. Тогда эта система не вепольная и нужно воспользоваться стандартом 1.1.1. Постройка веполя.

Можно рассматривать, что в этой системе имеется плохо управляемое поле — температура.

В обоих случаях нужно подобрать более управляемое поле, воспользовавшись стандартом 2.2.1. Переход к более управляемым полям.

Решение

В качестве полей могут быть использованы центробежное или ультразвуковое.

Где

В 1 — порошкообразный материал;

В 2 — газ;

П 1 — центробежное или ультразвуковое поле.

В данном решении сокращается время деаэрации и сокращаются площади, необходимые для проведения процесса (рис. П.8).

Рис. П.8. Удаление воздуха из порошка

Задача 9.18. Отверстие в резиновой трубке

Условия задачи

Необходимо просверлить аккуратное круглое отверстие в резиновой трубке.

Если сверлить сверлом, трубка сплющится и отверстие получится некруглым. Если прожигать отверстие, трубка не сплющится, но получится неаккуратно — останутся обгорелые края.

Как быть?

Разбор задачи

Сверло В 1давит П 1на резиновую трубку В 2, трубка сплющится и отверстие получится некруглым.

Вепольную схему задачи можно представить в виде (П.12.)

Где

В 1 — сверло;

В 2 — резиновая трубка;

П 1 — сила давления.

Задача описывается веполем с полезной и вредной связью. Полезное действие (прямая стрелка от В 1к В 2) — сверление (проделывание отверстия). Вредное (волнистая стрелка от В 1к В 2) — сжатие резиновой трубки.

Одно из возможных решений: перейти к внешнему комплексному веполюпо стандарту 1.1.3, т. е. необходимо ввести В 3.

Решение

Сделать трубку временно твердой, залив в нее воду и заморозив. Затем трубку, заполненную льдом, можно спокойно просверлить — получится аккуратное круглое отверстие.

Еще лучше, если трубку ненадолго поместить в жидкий газ, например гелий, а затем — в воду. Тогда лед образуется только на поверхности трубки и не изменит ее размеры, как в предыдущем случае, когда лед занимал весь внутренний объем трубки, расширяя ее.

Задача 9.19. Освещение взлетно-посадочной полосы

Условия задачи

Перегорание осветительных ламп на взлетно-посадочной полосе аэродрома может быть опасным для посадки самолетов.

Как сделать, чтобы лампы не перегорали?

Разбор задачи

Используем стандарт 2.2.1. Переход к более управляемым полям.

Воспользуемся радиоактивным веществом.

Разработаны радиоактивные фонари, использующие явление радиолюминесценции — люминесценции вещества, вызванной воздействием ионизирующего излучения.

Решение

Стеклянный сосуд наполняют сульфидом цинка (сернистый цинк, ZnS — цинковая соль сероводородной кислоты). Это вещество в присутствии следов меди, кадмия, серебра и др. приобретает способность к люминесценции. Внутри сосуда помещают радиоактивный изотоп тритий (радиоактивный изотоп водорода), имеющий период полураспада 12 лет. Бета-лучи, испускаемые тритием, воздействуют на сульфид цинка, вызывают его свечение без использования внешнего источника питания. Свет виден на расстоянии 3 км и имеет срок службы 8‒10 лет, не требует обслуживания, а уровень радиоактивности не является опасным для человека.

Задача 9.20. Опоры мостов

Условия задачи

Быки (опоры) мостов в зимнее время покрываются льдом и постепенно разрушаются. Вода попадает в трещины быков, при замерзании лед расширяется и откалывает куски.

Необходимо устранить этот недостаток наиболее простым и дешевым способом.

Разбор задачи