Генрих Альтов - Как научиться изобретать

Четвертый прием — разделение объекта на разные по функции части. С этим приемом связано историческое развитие многих машин. Например, вся история парового двигателя есть, в сущности, история разделения его на части, каждая из которых выполняет свою, частную функцию. В XVII веке паровой двигатель представлял собой цилиндр, выполнявший одновременно функцию парового котла и конденсатора. Вода заливалась непосредственно в цилиндр. Огонь обогревал цилиндр, вода закипала, пар поднимал поршень. Тогда жаровню с огнем убирали и поливали цилиндр холодной во-дой. Пар конденсировался, и поршень под действием атмосферного давления шел вниз. Это и был рабочий ход. Понятно, что каждый раз приходилось нагревать и охлаждать всю воду, залитую в паровой цилиндр.

В начале XVIII века изобретатели догадались отделить паровой котел от цилиндра двигателя. Это позволило существенно сократить расход топлива. Паровые машины начали использоваться для откачки воды в шахтах.

Однако конденсация отработанного пара по-прежнему велась в самом цилиндре, что вызывало огромные тепловые потери. Бывали случаи, когда при двигателе приходилось держать 50 лошадей, едва успевавших подвозить топливо. Нужно было сделать следующий шаг — отделить конденсатор. Выдвинул и осуществил эту идею Джемс Уатт. Вот что он рассказывает о своем изобретении:

«После того как я всячески обдумывал вопрос, я пришел к твердому заключению: для того, чтобы иметь совершенную паровую машину, необходимо, чтобы цилиндр всегда был так же горяч, как * входящий в него пар. Однако конденсация пара для образования вакуума должна происходить при температуре не выше 30 градусов...

$то было возле Глазго, я вышел на прогулку около полудня. Был прекрасный день. Я проходил мимо старой прачечной, думая о машине, и подошел к дому Герда, когда мне пришла в голову мысль, что пар ведь упругое тело и легко устремляется в пустоту. Если установить связь между цилиндром и резервуаром с разреженным воздухом, то пар устремится туда и цилиндр не надо будет охлаждать. Я не дошел еще до Гофхауза, как все дело было кончено в моем уме!»

Значительную группу составляют изменения во внешней среде. При исследовании целесообразности внесения таких изменений изобретатель должен изучить внешнюю (для данного объекта) среду и ее влияние на объект. В частности, следует рассмотреть возможность изменения параметров среды (давления, температуры, скорости движения и т. д.) или замены данной среды другой, обладающей более благоприятными характеристиками. Например, при изготовлении бетона в обычных бетономешалках даже при длительном перемешивании в бетонной массе остается значительное количество мелких воздушных пузырьков, снижающих прочность бетона. В связи с этим был предложен так называемый вакуумный способ приготовления бетона. В вакуумных бетономешалках бетонная масса перемешивается в разреженной среде, создаваемой внутри барабана. Количественное изменение одного из параметров (давления) внешней среды дает качественно новый эффект: прочность бетона увеличивается вдвое.

Весьма интересна следующая группа приемов — изменения в соседних объектах.

Аналитическая стадия нередко приходит к такому выводу: «Надо улучшить работу данной машины, однако (в силу тех или иных конкретных причин) изменять саму машину нельзя». Противоречие на первый взгляд кажется неразрешимым: надо изменить машину и в то же время не менять ее. В таких случаях есть смысл сразу, опустив рассмотрение других приемов, задаться вопросом: «Нельзя ли достичь требуемого результата изменениями в какой-то другой машине, работающей совместно с данной?»

Иногда достаточно простого установления взаимосвязи между ранее независимыми машинами или процессами. Можно привести такой пример. Для освещения на кин&стуДиях используется, а основном, постоянный ток. Вызвано это тем, что частота съемки (24 кадра в секунду) не совпадает с частотой промышленного пере Лменного тока (50 периодов в секунду). При питании светильников переменным током открытие затвора объектива киносъемочного аппарата может совпадать с минимумом освещенности, в результате чего часть кадров получится затемненной. Выдержка при съемке каждого кадра составляет обычно 1/1000 сек., поэтому только 2,4 процента световой энергии, падающей на объектив, используется полезно. Если питать безынерционные светильники токовыми импульсами, синхронными и синфазными вращению шторки объектива, то свет будет включаться только в те моменты, когда, объектив открыт. Артисты же будут видеть значительно ослабленный непрерывный свет, поскольку уже при 10—15 импульсах в секунду человеческий глаз воспринимает световой поток как непрерывный. Установление взаимосвязи между двумя ранее независимыми приборами - объективами и светильниками — дает новый технический эффект: резко сокращается расход электроэнергии, облегчается работа артистов.

Техническое противоречие может быть вызвано и необходимостью увеличить число объектов, одновременно действующих на ограниченной площади. В этих случаях трудности решения часто носят психологический характер. Изобретатель рассматривает именно данную площадь, упуская из виду возможность использования свободного пространства над этой площадью или под ней. Для многих технических объектов расположение в один ряд, в один «слой», настолько традиционно, что изобретатель подсознательно ограничивает себя требованием не нарушать этой традиции. А решение лежит буквально рядом — надо перейти от горизонтальной компоновки к вертикальной, вспомнить о свободной обратной стороне этой площади, вспомнить о возможности «надстройки».

Известный советский изобретатель Д. Киселев, долгое время работавший над совершенствованием долота для бурения нефтяных скважин, рассказывает в своей книге «Поиски конструктора»:

«В долоте также каждый подшипник обладает определенной грузоподъемностью, и если увеличить их число, дать меньшую нагрузку каждому, можно улучшить условия их «деятельности», предотвратить износ. Именно по этому пути шла все время моя мысль в поисках различных схем размещения подшипников. Но мешали габариты долота, малое пространство, на котором я имел возможность располагать необходимое мне количество шариков и роликов. Теперь же я вдруг увидел решение, вот оно, рядом. На одном и том же участке поверхности можно разместить большое количество «элементов», подшипников, в два яруса, совсем так, как размещаются люди и вещи в купе пассажирских вагонов. Я даже рассмеялся: так просто было это решение, тщетно разыскиваемое много месяцев».

Да, решение оказалось простым (рис. 11). Почему же потребовались многие месяцы? Да потому, что традиционная форма подшипников привычна, и очень нелегко представить себе «двухслойный», «двухэтажный» подшипник.