Изобретателю нельзя жить без здорового оптимизма. Если он не уверен в своей правоте, где ему взять силы на все новые и новые эксперименты. Однако горе, если оптимизм этот безграничен. Приняв какую-либо гипотезу за "рабочую", оптимист приступит к подбору фактов. Подтверждающие гипотезу приобщаются, а отрицающие-- отбрасываются. Вот случай, происшедший с одним крупным математиком. "Если,-- писал он в своей статье,-- выпускать из резервуара воду при помощи отверстия на дне его, то образуется (над отверстием) воронкообразный вихрь, который в северном полушарии вращается в сторону, обратную движению часовой стрелки; в южном полушарии вращение -- в обратную сторону. Каждый читатель сам может проверить справедливость сказанного, выпуская воду из ванны. Чтобы лучше заметить направление вращения вихревой воронки, можно бросить на нее маленькие обрывки бумаги. Получается эффектный опыт, доказывающий вращение Земли, произведенный самыми простыми средствами в домашней обстановке". Далее ученый переходит к практическим выводам и предлагает в соответствии со своими наблюдениями изменить конструкцию гидротурбин в зависимости от того, в каком полушарии они установлены.
И что же? Читатели откликнулись. Сотни ванновладельцев стали изучать направление движения потоков сливающихся жидкостей. Результат: одна половина добровольных исследователей отметила, что поток завихряется влево, а другая половина -- вправо. Оказывается, все дело не в том, в каком полушарии проводится опыт, а в том, имеются или нет заусенцы в сливном отверстии. Они-то и являются направляющими для потока. И никакую теорию тут не применить. Хотя, как сказал мне однажды инженер-наладчик Дмитрий Иванович Черепанов, "находясь в ванне, наблюдай!". Используя принцип ванной воронки, он придумал центробежный сепаратор пароводяной смеси. Проходя через несколько установленных ярусом улиток, смесь расслаивается. Вода как более тяжелая отбрасывается к стенкам, а пар пузырьками всплывает. Остается только сухой пар пустить в дело, а воду слить обратно в котел. Такие сепараторы хороши и в качестве конденсатоотводчиков, осушителей, конденсаторов жидкости, в качестве деаэраторов, необходимых для удаления из воды вредно влияющих на металл котлов кислорода и углекислого газа.
Так сложилось, что при очистке газа от пыли одновременно загрязняется вода. А ее-то очищать значительно труднее и дороже, ибо вода химически взаимодействует с пылью, растворяет в себе примеси хрома, мышьяка, серы, фосфора и других токсических веществ. Ничтожная их концентрация губительно действует на все живое. Общий расход воды за год на "мокрую" газоочистку, для одной мартеновской печи доходит до 1,5 млн. м3.
Почему же газы часто предпочитают очищать в мокрых пылеуловителях, а не в уже известных циклонах и электрофильтрах?
Циклон не улавливает пыль размером меньше 5 мкм. А пыль, выбрасываемая с газами из сталеплавильных конвертеров и мартеновских печей, на 90% состоит из частиц, размеры которых значительно меньше.
Что касается электрофильтров, то для их успешной работы скорость газов, проходящих через электроды, не должна превышать 1 м/с. А ведь мартеновская печь "выдыхает" около 300--400 тыс. м 3 газа в час. Поэтому площадь рабочего сечения электрофильтров должна составлять около 100 м2. Прямо-таки "цех" рядом с цехом...
Дымовые газы мартеновских печей и конвертеров имеют температуру 1500--1700╟. Чтобы использовать уходящее с ними тепло, перед газоочисткой имеет смысл поставить котел-утилизатор, вырабатывающий пар.
Однако высокая запыленность газов неизбежно приведет к забиванию труб пылью. Из-за этого паропроизводительность котлов снизится примерно вдвое. Пыль очень прочно сцепляется с поверхностью труб, очистить ее очень трудно.
В среднем котел, стоящий за современной мартеновской печью, за год может дополнительно выработать свыше 70 тыс. т пара. А это производительность хорошей заводской котельной.
Остается устранить пыль. Но как это сделать? Электрофильтры для очистки газов с высокой температурой не поставишь. Электроды вскоре превратятся в труху. Но можно сделать иначе -- очищать раскаленные газы веществами, которые при высоких температурах превращаются в пылеулавливающую жидкость (авторское свидетельство No 264344).
Такими веществами могут быть обычные соли, например хлористые соли натрия и калия, которые плавятся при температурах 660--800╟. Они дешевы и неядовиты. Отлично растворяются в горячей воде. При нагреве не разлагаются и, следовательно, совершенно безопасны.
Для того чтобы уловить пыль, ее сначала надо хорошенько смочить. Вода плохо смачивает окислы металлов и угольную пыль. А расплавы солей не только хорошо смачивают графит, но даже внедряются в его кристаллическую решетку.
Принципиальная схема солевой газоочистки довольно проста. Грязные раскаленные газы продуваются по трубе Вентури со скоростью 30--50 м/с. В трубу при этом непрерывно подается расплавленная соль, которая газовым потоком дробится на мелкие капли. Грязный газ, двигаясь сквозь взвешенный слой расплава, фильтруется от пыли, после чего поступает в каплеуловитель. Из каплеуловителя смесь пыли и расплавленной соли стекает в отстойник, где соль растворяется, а пыль осаждается в обычной грязной воде. Из отстойника пыль можо удалить транспортером. Концентрированный рассол из отстойника подается для выпаривания и расплавления соли прямо в камеру плавления. Оттуда его опять пускают в трубу Вентури для повторного улавливания пыли.
Ну а чистый раскаленный газ с температурой 800╟ или выше направляется в котел-утилизатор.
Солевая установка, стоящая за современной мартеновской печью, будет не только улавливать ежесуточно до 40 т пыли, но и снизит капитальные и эксплуатационные затраты на очистку воздушного и водного бассейнов.
При выбросе 2 т/ч пыли, типичном для современных мартеновских печей, для каждой установки потребуется примерно один вагон соли. Воды же на ее регенерацию нужно будет около 10 т/ч, т. е. примерно в 20 раз меньше, чем для "мокрой" газоочистки.
Способ газоочистки, предложенный свердловскими инженерами, весьма перспективен. Однако для его практического внедрения необходимо решить сложные технические проблемы, связанные с коррозией трубопроводов и образованием в них отложений. Однако, как говорится, дорогу осилит идущий...
Казалось бы, циклон -- идеальное средство для обеспыливания воздуха. Но в самом его принципе есть такие противоречия, которые в некоторых случаях сводят на нет все его положительные качества. Для того чтобы развить в циклоне большую скорость запыленного потока и создать достаточную для отделения пыли центробежную силу, нужно затратить энергию. Чтобы частицы пыли образовали на стенках корпуса винтовую спираль и ссыпались в конусную часть, тоже нужна энергия. Чем больше витков спирали образует запыленный поток, тем больше для этого требуется энергии.
Если взглянуть в микроскоп на различные пробы пыли, то можно увидеть такое разнообразие форм, которое даже трудно себе представить. Здесь длинные кристаллы, и пучки волокон, и Архимедовы спирали, и правильные пластинки, и чешуйки с рваными краями. Нет только шариков. А ведь чаще всего инженер, варьируя исходными данными для конструирования, представляет себе именно шарик, который подлежит улавливанию. Сознательно идя на такое допущение, он значительно упрощает стоящую перед ним задачу. По расчету получается, что циклон должен улавливать минимум 90% всей пыли, а когда его выполнят в металле и подключат к трубопроводам, картина эта резко меняется. Фактический коэффициент улавливания большинства циклонов не превышает 80%. Так сказывается тот факт, что пылинки неоднородны по своей форме и размерам.
Многие виды пыли обладают парусностью. Если дунуть на обычную бытовую пыль, она взовьется в воздух и будет долго в нем парить. Одни пылинки летят вверх, другие медленно оседают, третьи беспорядочно пляшут в потоках воздуха. Особой парусностью обладают волокнистые частицы. Когда они попадают в циклон, то на них при вращении в потоке действуют две силы: одна -- центробежная, отталкивающая пылинку к стене, другая -- центростремительная. Последняя возникает потому, что на пылинку влияет уходящий из циклона воздушный смерч. Как парусник, попавший в ураган, пылинка несется вслед за потоком и вылетает из циклона. Чем больше таких частиц попадает в циклон, тем ниже его эффективность.
Известный специалист по вентиляции профессор Батурин, зная эти недостатки циклонов, предложил очистку воздуха от пыли производить в пылеосадочных камерах, конструктивно напоминающих анфиладу "комнат" со смещенными друг относительно друга дверными проемами. Запыленный воздух входит в дверь и за счет расширения теряет свою скорость. Ранее поддерживаемые струей крупные частицы пыли при этом также теряют скорость и падают. Освободившись от тяжелых частиц, воздух входит в следующую "комнату", и там из него выпадают более мелкие фракции. Затем следуют третья и четвертая "комнаты", затраты энергии на прохождение которых в камере Батурина очень незначительны. Ведь скорость движения воздушного потока здесь ничтожно мала.
Но кроме энергии есть и другая статья затрат -- стоимость самого аппарата. Ведь для того чтобы разместить на заводе анфиладу "комнат", нужно пожертвовать производственной площадью; чтобы сделать стенки камеры непроницаемыми, нужно вложить ценный материал и труд рабочих. Словом, экономия на электроэнергии полностью поглощается капитальными затратами.
Может быть, чтобы как-то сократить габариты камеры, в нее поместить коронирующие и осадительные электроды. Но тогда получится электрофильтр. Его сопротивление потоку воздуха тоже ничтожно, но электрооборудование, необходимое для создания потенциала, и его эксплуатация обходятся дорого. Построить камеру с дождевальной установкой -- возникает другая проблема: куда девать сточную воду? Поставить в камере генератор ультразвука -- опять нехорошо. На создание ультразвуковых волн расходуется очень много электроэнергии, к тому же они угнетающе действуют на организм человека. И, вообще, все это не ново. И электрофильтры, и оросительные камеры, и ультразвуковые пылеуловители применяются в промышленности, но пока обычный циклон остается вне конкуренции. Его дешевизна, компактность и, в общем-то, не такая уж высокая энергоемкость вполне устраивают многие предприятия. Но есть заводы, где циклоны давно потеряли право на жизнь. И стоят-то они там только потому, что до сих пор не было изобретено пылеуловителя, который обладал бы такой же компактностью, дешевизной и неприхотливостью в эксплуатации, как циклон.
Вот, например, в хлопкообрабатывающей промышленности электрофильтр не поставишь. От электрических разрядов загорится хлопок. Оросительная камера там тоже ни к чему. Улавливаемый из системы пневмотранспорта хлопок должен оставаться сухим. Поставить обычную пылеосадочную камеру? Но на среднем хлопкоочистительном заводе пневмотранспорт выбрасывает такое количество запыленного воздуха, что для его очистки рядом с одним корпусом завода потребуется воздвигнуть такой же корпус, в котором разместились бы пылеосадочные камеры... Не лучше положение на асбестоперерабатывающих, льноперерабатывающих и многих других предприятиях. Словом, нужен не циклон, а антициклон.
"Антиконструкция" родилась совершенно случайно. Как это произошло, я расскажу позже. В поисках способа улавливания пыли мне пришлось сделать все наоборот: подавать запыленный поток не по касательной к корпусу циклона, а по его вертикальной оси. Очищенный же воздух отсасывать из патрубка, который раньше назывался входным. Циклон сделали стеклянным с подвижным входным патрубком, расположенным по вертикальной оси так, что его торец был направлен на отверстие для выгрузки улавливаемого материала. С первых же мгновений испытания стало ясно, что налицо совершенно новый эффект. Парусная пыль при повышении скорости воздуха не тянется послушно за ним, как в обычном циклоне, а с резким хлопком вылетает в пылевыпускное отверстие. И, наоборот, при понижении скорости она, не достигая отверстия, делает поворот кругом и уходит в вытяжной патрубок.
Вот первое и основное отличие нового пылеуловителя от всех его старших собратьев. Ведь и в оросительных камерах, и в электрофильтрах, и в ультразвуковом аппарате, и во всех прочих системах пылеуловителей стоит увеличить скорость прохождения газового потока выше нормы, как сразу ухудшается эффект пылеулавливания. В антициклоне же все наоборот, чем выше скорость потока, тем сильнее летят частицы пыли в отверстие для выгрузки. Из этого следует, что можно сконструировать сверхкомпактный пылеуловитель, ведь площадь его сечения будет уменьшаться пропорционально росту скорости воздушного потока.
Итак, достигнута первая цель технической задачи -- компактность аппарата. Практически он будет занимать вдвое меньше места, чем обычный циклон. Вдвое меньше пойдет на его изготовление листовой стали. Следовательно, и цена его будет значительно ниже. Остается подсчитать эксплуатационные затраты. Для преодоления сопротивления обычного циклона расходуется часть электроэнергии, потребляемой мотором вентилятора. Чем выше сопротивление циклона, тем больше электроэнергии уходит на его преодоление. У антициклона сопротивление в 2 с лишним раза меньше, чем у обычного циклона.
По этому же принципу был сконструирован еще один пылеуловитель, названный двухступенчатым. В нем сочетается обычный циклон с антициклоном. Воздух, содержащий пушистые частицы, например хлопка, входит сначала в обычный циклон и вращается в нем. При этом пушинки сталкиваются и накатываются в довольно большие шарики, из-за высокой парусности они вылетают из циклона и поступают в антициклон, в котором и улавливаются. Здесь обычный циклон выполняет функцию подготовителя пыли для более успешного улавливания антициклоном. Ведь в нем чем выше парусность, тем эффективнее улавливание пыли. Правда, двухступенчатый пылеуловитель менее компактен, чем антициклон, но в нем можно отделить от пушистой пыли тонкую минеральную. В условиях хлопкоочистительных заводов это качество очень пригодится.
Антициклон в чистом виде уже сейчас способен заменить громоздкие пылеосадочные камеры и сетчатые фильтры, устанавливаемые на текстильных предприятиях в системах кондиционирования воздуха перед оросительными камерами. Большую пользу он принесет и в пневмотранспорте, если его использовать вместо циклонов-разгрузителей.
Об антициклоне я рассказал в девятом номере журнала "Техника и наука" за 1974 г. После этого огромный поток писем буквально обрушился на редакцию. Я расскажу о тех своих ответах читателям, которые и сегодня не потеряли своей актуальности.
Меня спрашивали, защищен ли антициклон патентом.
Да, мне выдано авторское свидетельство No 270484 на антициклон, отличающийся тем, что воздуховод, расположенный на вертикальной оси корпуса, через который обычно отсасывают из циклона очищенный воздух, служит для подачи запыленного потока, а воздуховод, подключенный к циклону, обычно служащий для подачи запыленного потока, использован по совершенно новому назначению -- через него отсасывают очищенный воздух. На сочетание двух устройств -- антициклона и обычного циклона -- выдано авторское свидетельство No 336049 (рис.6).
Читатели журнала интересовались, как удалось изобрести антициклон и действительно ли это произошло случайно. Действительно случайно, но таких случайностей в моей жизни было уже несколько. Дело в том, что лет 15 назад в каком-то журнале я прочитал высказывание деда Чарлза Дарвина -- Эразма. Он рекомендовал периодически ставить самые дикие опыты. Так я и поступаю, Я проделал множество таких опытов, и из них ничего не получалось, но было несколько случаев, когда кое-какой эффект наблюдался. Как-то, попав на завод, где были установлены волочильные станы, я поразился огромной запыленности в помещении. Оказывается, пыль, вернее окалина, слетала с проволоки, которую волочили на станах. Ее сдували струи воздуха, подаваемого на проволоку для ее охлаждения.
-- А что если сделать все наоборот? -- спросила сопровождавшая меня сотрудница Н. Бузина.
Стали прикидывать так и эдак и, наконец, высчитали, что оптимальным решением будет не подача воздуха к проволоке, а, наоборот, его отсасывание. В течение нескольких часов жестянщик отключал от стана нагнетательный патрубок вентилятора и подключал всасывающий. Пыль исчезла, а стан продолжал работать как ни в чем не бывало. Н. Бузиной и мне за это предложение выдали авторское свидетельство No 177830 на "Способ охлаждения барабана волочильного стана".
На вопрос, можно ли в центральную трубу антицик-
Рис. 6. Антициклон:
1 -- корпус; 2 -- входная труба для запыленного воздуха; 3 -- кольцевой зазор для входа чистого воздуха; 4 -- входной патрубок для чистого воздуха; 5 -- выходной патрубок для очищенного воздуха; 6 -- конусная перегородка; 7 -- пылевыпускной патрубок.
лона подавать воздух со скоростью 50 м/с, отвечаю -- можно. Чем выше скорость, тем выше и степень очистки воздуха.
Машинист катера А. Вернер спрашивал, можно ли антициклон применить для улавливания в нем искр, вылетающих из выхлопной трубы двигателя. "Нам, -- писал Вернер,-- нужен именно такой компактный аппарат, о котором говорилось в журнале, а то от нас шарахаются суда, груженные пожароопасным грузом".
Антициклон, конечно, поймает искру, но при этом может случиться, что в бункере наберется столько сажи, что она сама загорится и возникнет фейерверк на рейде. Поэтому лучше всего в нижнюю часть корпуса антициклона залить забортную воду, предусмотрев для ее подачи и слива две небольшие трубочки. Главное, чтобы уровень воды не поднимался выше нижнего среза центральной трубы антициклона.
Но не только с вопросами обращались читатели в редакцию журнала. Были письма и совсем иного свойства. Одни спешили поделиться радостью от удачного пуска антициклона, сообщить о том, что и у них появился положительный опыт его применения, некоторые предлагали свои интересные разработки пылеулавливающих устройств.
Старший преподаватель Калининского политехнического института Б. С. Аксенов темой своей научной работы избрал изыскание надежного способа улавливания торфяной пыли, образующейся при добыче фрезерного торфа. Обычный циклон, как показал опыт эксплуатации, недостаточно полно улавливал легкие частицы торфа, кроме того, он громоздок и занимал много места на торфоуборочной машине. Антициклон, который построил Б. С. Аксенов, обеспечил отличное улавливание торфяной пыли.
Параллельно он построил и установку для обеспыли-вания с помощью антициклона воздуха в кабине водителя торфоуборочной машины. Шлейф пыли тянулся за трактором, везущим торфоуборочную машину, обволакивал кабину, проникал в нее через все щели, забивал глаза и органы дыхания водителя. Нужен был очень компактный и эффективный пылеуловитель, в который можно было бы подавать наружный воздух с большим содержанием торфяных частиц, а выпускать в кабину абсолютно чистый. Конечно, в обычном антициклоне до такой степени очистить воздух нельзя. Б. С. Аксенов приехал в Москву ко мне на консультацию. В субботу моя квартира превратилась в мастерскую. Посреди комнаты жужжал пылесос, в подключенный к нему антициклон, сделанный из стеклянной фляги, бросали горстки пыли. Она тучами носилась в воздухе, но ловиться в антициклон не хотела никак. Ведь фракции аэрозолей, витающих в воздухе, значительно тоньше, чем фракции промышленной пыли! Одно дело поймать пыль, отсасываемую вентилятором от дымовой трубы или деревообрабатывающего станка, другое -- заставить ее осесть из окружающей атмосферы или воздуха, находящегося в комнате.
"А ведь пыль все же поймать возможно! -- размышлял Борис Сергеевич Аксенов.-- Нужно только постараться обойти закон Стокса. Сделать так, чтобы частицы эффективно оседали не при минимальной, а при максимальной скорости несущего их воздуха".
Один из экспериментов мы с Борисом Сергеевичем поставили в ванне. Антициклон опустили наполовину в воду и включили пылесос. С огромной скоростью воздух с пылью устремился перпендикулярно слою воды, ударился о нее. И... все пылинки утонули, а очищенный воздух вышел из антициклона. Решение было найдено: для обеспыливания воздуха, поступающего в кабину водителя, нужно в антициклон заливать обычную воду.
Сейчас эксперимент уже позади. Аксенов построил установку для очистки воздуха на действующей машине.
Письмо инженера В. Данского из Калуги привожу почти целиком.
"Дорогая редакция! Ежегодно в стране гибнут при хранении в стогах и хранилищах, теряются при транспортировке и втаптываются в землю миллионы тонн прекрасного сочного сена. А ведь в конечном счете это и масло, и мясо, и молоко! Пока что в сельском хозяйстве применен лишь агрегат витаминной муки (АВМ), выпускаемый фирмой "Нерис". Только он предназначен для переработки свежескошенной травы в муку, являющуюся великолепным кормом для скота. Недостаток этого агрегата, с нашей точки зрения, в том, что он стационарный. Траву к нему нужно возить. Следовательно, потери при ее транспортировке остаются. Идеальный выход из положения -- сконструировать передвижной агрегат, но размеры оборудования, использованного в АВМ, настолько велики, что он не помещается ни на каком шасси. Особенно громоздок циклон. Его диаметр -- 1900 мм, высота-- 2500 мм. Автор помещенной в журнале статьи пишет, что антициклон, разработанный им, почти в 2 раза J компактней обычного и имеет вдвое меньшее аэродинамическое сопротивление. Это как раз то, что нам нужно, чтобы сделать самоходный агрегат для переработки травы в муку непосредственно на месте".
Сразу по получении этого письма В. Данскому были посланы расчеты. Прошло несколько месяцев, и из Kaлуги пришло второе письмо: "Спасибо за помощь, мы разработали антициклон, высота и диаметр которого в 2 раза меньше, чем у обычного циклона. Это и позволило создать компактную установку на колесном шасси. Улавливание вырабатываемой агрегатом муки полное".
Срочно выехавший на место событий фоторепортер привез фотографиию этой впечатляющей самоходной установки. Впечатляющей не только внешним видом, но и своими параметрами: агрегат давал тонну витаминизированного корма в час, он проходил по любому бездорожью и работал на низкосортном топливе.
И еще один интересный вопрос, который мне задал читатель, инженер из г. Гуково Ростовской области А. Г. Заболотский: "Как удалось решить проблему улавливания легких пылей?"
Случается, что проблема, о которой вы еще вчера и не думали, вдруг захватывает вас полностью и не отпускает по нескольку лет. Так случилось и со мной. Однажды, испытывая стеклянную модель циклона, я натолкнулся на совершенно новый эффект, который меня на первых порах просто ошарашил.
В этот день приятные неожиданности буквально преследовали меня. С утра раздался телефонный звонок, и редактор одного журнала обрадовал .меня сообщением, что моя статья о пневмотранспорте вскоре будет опубликована, а я должен подготовиться к визиту фотокорреспондента, который сделает репортаж о моей творческой кухне. Действительно, вскоре появился фотограф. Меня он загнал в угол комнаты, туда же велел поставить кухонный стол, на него пылесос и циклон, вокруг установил ослепительно яркие лампы, а сам стал выбирать точку для съемки. Вскоре объектив был наведен, я сделал каменное лицо, и затвор щелкнул. "Теперь еще",-- скомандовал фотограф. Я принял прежнюю позу. "Да нет же! -- досадовал репортер.-- Нужна экспрессия! Поверните как-нибудь иначе пылесосный шланг. Не смотрите в объектив! Вы работаете, не обращайте на меня внимания! Когда композиция мне понравится, я сниму".
Я включил пылесос и стал бросать хлопья ваты в стеклянный циклон, сделанный из молочной бутылки. Они вращались по окружности, а когда их количество возрастало настолько, что образовывался как бы "пояс астероидов", они, как корабли в старые парусные времена, делали поворот "все вдруг" и мгновенно улетали из циклона-бутылки.
Итак, я на какое-то время увлекся, своими занятиями и даже забыл о фотографе. Вдруг слышу его голос: "Да что вы мне все время один и тот же кадр даете! Неужели нельзя взять циклон не в правую, а в левую руку, повернуть его боком, что ли?"
Вот тут-то оно, это самое, и случилось. "Эх,-- думаю,-- да не все ли равно -- будет ли в бутылке циклонный эффект, поверну все вверх ногами, задом наперед и совсем по-другому. Что будет, то будет!"/Лихорадочно переменил я концы пылесосного шланга так, что запыленный поток стал входить не сбоку бутылки по касательной к ее поверхности, а с торца в то место, где было дно. В первое мгновение я ничего не понял. Такое впечатление, что в бутылке стал работать диафрагменный насос. Резкие хлопки, как такты поршневой машины, стали четко ощутимы. Посмотрел сбоку и увидел, что из верхнего патрубка, который минуту до того был выходным, частицы пыли, как из пушки, влетали в горлышко бутылки. Не поверил глазам. Еще и еще раз повторил этот до смешного простой, но совершенно необыкновенный опыт. Впускал в циклон бумажки, пепел от сигарет, кусочки шерстяных ниток. Я то подключал циклон по обычной схеме, то опять делал все наоборот. Наоборот циклон работал значительно лучше. В частности, вата по обычной схеме вообще не ловилась, наоборот -- ловилась почти полностью. Шерстинки от кроличьей шапки вели себя точно так же.
О том, что идет съемка, я вспомнил только тогда, когда фоторепортер сказал, утирая с лица пот: "Все! Вы стали повторяться, и пленка у меня кончилась!"
Забегая вперед, скажу, что фотограф в тот день побил все существовавшие до него рекорды -- из 72 отснятых кадров, на которых было одно и то же лицо с одними и теми же предметами, редакция приняла 22!
Впоследствии я сложил из этих фотографий своеобразный фильм, в котором можно было проследить поведение пылевых частиц при различном положении входных и выходных патрубков циклона.
Но неожиданности, которые может принести метод исследования по принципу "делай все наоборот", еще не закончились. Впереди было опробование установки по мокрому способу.
Отечественные и зарубежные изобретатели создали десятки конструкций очистных устройств, так или иначе использующих струи воды. Достоинства всех этих фильтров неодинаковы. Один -- компактен, другой -- высокопроизводителен, третий -- надежен, но недостаток у них общий: большой расход воды и необходимость сооружения очистных установок и бассейнов. Задумав усовершенствовать мокрые пылеуловители, я стал наблюдав за фонтанами на Пушкинской площади, на скверике Большого театра в Москве, ездил смотреть знаменитые фонтаны в Петергофе. Но больше всего мне понравился естественный фонтан на мысе Казантип в Азовском море. Набегающая волна вымыла в скале нависающий козырек. Во время шторма волна ударяется о скалу, поднимается вверх и мириадами брызг обрушивается обратно в море. Вот это фонтан! Без насоса, без труб и без очистных сооружений. А воздух! Лучшего, чем на мысе Казантип, не найти нигде в мире. Он промыт морской водой и насыщен отрицательными ионами, как в аэрарии.
Конечно, я попытался построить искусственный "мыс Казантип". Совместить в одном корпусе вентилятор и пылеуловитель мне не удалось, но зато удалось другое. В корпусе нового аппарата прекрасно ужились очистка воздуха и осветление воды. Как же он устроен? Цилиндрический корпус наполовину заполнен водой, и туда введена труба. Она немного не доходит до уровня воды. Вокруг нижнего конца трубы, словно на хвосте ракеты, наварены лопасти, а выше надет конусный козырек. верхней части корпуса пылеуловителя смонтирован обычный вентилятор. Он прокачивает через все устройство газ или воздух.
Газ идет по трубе под некоторым давлением и, выходя из нижнего отверстия, как бы вминает водное зеркало под лопастями. В этот зазор устремляется очищенный газ и увлекает воду. По косым направляющим лопастей газоводяная смесь движется со скоростью 10--20 м/с. Она приобретает вращательное движение и, подобно кольцам Сатурна, крутится вокруг козырька. Контакт воды и газа настолько тесен, что они не могут не смешиваться. Вода поглощает примеси и, ударившись о козырек, обрушивается вниз, а очищенный воздух свободно выходит наружу.
Но ведь вода насыщается пылью, как ее очистить? В нижней части корпуса пылеуловителя сделан конус. В нем в виде шлама осаждается пыль и периодически сливается прямо в кузов самосвала или с помощью шнека удаляется в отвал. Шлам довольно густой и быстро застывает на воздухе.
Теперь отпадает необходимость в строительстве очистных сооружений. Становится излишней и такая каверзная деталь, как водораспределительное устройство для фонтанирования воды. В новой конструкции не нужны также насос, форсунки и водонапорные башни. Фонтан образует сам воздух во время очистки.
Подобные пылеуловители уже работают на одном московском заводе. Там установлены восемь цилиндрических элементов производительностью 50 тыс. м3/ч. Шлам из-под них удаляется скребковыми транспортерами. Применили его и текстильщики одной из фабрик технических тканей. Здесь он очищает воздух и заодно его кондиционирует.
Довольно часто в лабораториях и на опытных установках газ очищается великолепно, а на предприятии выясняется, что уловитель никуда не годится: пыль забивает трубопроводы, налипает на электродах и сетках и в конце концов загрязняет помещение, где установлен фильтр. Сложная конструкция требует тщательной балансировки, регулярной чистки, шлифовки внутренних поверхностей и высокой квалификации обслуживающего персонала. Все это сдерживает ее широкое применение. Поэтому у инженеров-эксплуатационников сложилось убеждение, что хороша лишь конструкция "из-под топора", т. е. предельно простая вещь.
Долгое время мне пришлось работать над усовершенствованием пылеуловителей циклонов. Меня изводила шероховатость их стенок. Мельчайшая неровность, сварной или вмятина на корпусе -- и запыленный поток отбрасывался от стенки. Желаемого расслоения "пыль воздух" не получалось. Решил сделать циклон из стекла -- достаточно гладкого материала. Снова пришлось взять обычную литровую бутылку из-под молока. Но и эта, казалось бы, идеально гладкая поверхность тормозила частицы. Через стенки бутылки было ясно видно, как легкие фракции -- хлопок, пух -- ни в какую не хотели спускаться по спирали в горлышко бутылки, делали пируэт в сторону и вылетали вверх в атмосферу.
У меня опустились руки. Все испробовано, надежд никаких. Я отсоединил отсасывающий шланг от патрубка, введенного по оси устройства, и не знаю, зачем присоединил его к тому патрубку, в который вводят запыленный поток. Получился прямоточный прибор.
Ни минуты не думал, что из этого опыта выйдет что-либо путное, но эффект получился. Частицы пыли, впускаемые в патрубок, опущенный сверху по оси циклон стали делать забавные кульбиты. Они не поворачивал сразу, как этого можно было ожидать, в отсасывающий шланг, а продолжали с большой скоростью лететь вниз Причем чем большей парусностью они обладали, тем ниже ныряли. Самые пушистые и легкие, вообще, вылетали наружу через нижнее отверстие. Как бы заставить частицы осесть? Возникла идея подстелить липкую бумагу. Но где взять столько липучки? Если налить в корпус циклона какую-нибудь жидкость, например воду, то пыль вскоре покроет ее поверхность ровным слоем и дальнейший эффект осаждения пропадет. А что если прямо под трубой поместить обечайку?
У второго циклона я смонтировал под вертикальным патрубком чашу без дна, а сам, патрубок снабдил соплом. Нижнюю его кромку погрузил а воду. Мне удалось убить сразу нескольких зайцев: частицы, летящие с большой скоростью, сталкиваются с зеркалом налитой в чашу воды; поток воздуха, увлекая загрязненную воду, находящуюся в чаше, выплескивает ее наружу через края; чистая вода поднимается через отверстие в дне чаши и занимает место ушедшей; вода, выплескивающаяся из чаши, создает для уже частично очистившегося воздуха еще ряд пленочных завес, в которых улавливаются оставшиеся частицы пыли.
Первую модель гидродинамического пылеуловителя пришлось делать в домашних условиях. Корпусом служила стеклянная фляга емкостью 50 л, сопло мне выточил токарь на заводе, роль чаши выполнил обыкновенный деревенский чугунок, у которого я отпилил дно. Испытания с помощью пылесоса производил в ванне. Эффект очистки сразу получился отличный.
Поток запыленного воздуха (запылял я его зубным порошком, тальком и сажей) со страшной силой ударялся о зеркало воды и своим давлением заставлял ее подняться вверх. При этом в чаше образовывался водяной круговой фонтан, через который проходил уже частично очищенный воздух. Фонтан отбирал у воздуха еще какое-то количество пылинок. Доходя до верхней кромки сопла, вода каскадом обрушивалась вниз, и уже дважды очищенный поток воздуха, проходя через него, освобождался от последних пылинок.
На гидродинамический пылеуловитель мне вскоре выдали авторское свидетельство No 177848. Дальнейшие опыты были перенесены прямо в цехи Московского чугунолитейного завода имени Войкова. Задачи, которые поставили передо мной руководители завода, вкратце можно было сформулировать так: максимум очистки, минимум расхода воды и минимум хлопот по эксплуатации. Зато мне предоставили широчайшее поле деятельности. Первый рабочий образец решили делать сразу на производительность 5 тыс. м3/ч.
Когда уже были рассчитаны сопло и чаша, мы с начальником энергомеханического отдела С. Г. Быченковым стали решать, из чего их делать. Поразмыслив, решили делать их литыми из серого чугуна, ведь завод-то чугунолитейный.
Сейчас на заводе работают три модификации гидродинамического пылеуловителя. Первая состояла из шести сопл и чаш, расположенных в два ряда по три комплекта в каждом. Резервуар с водой для всех шести комплектов общий. Оседающая в нем пыль в виде пасты удаляется самотеком в промежуточную емкость и периодически отвозится в отвал, а вода используется повторно. Производительность всей системы примерно 30--40 тыс. м3 запыленного воздуха в час. Сопротивление по воздуху 50 мм вод. ст.
Вторая модификация была проще: в конусный бункер заливается вода, а цилиндры с комплектами чаш и сопл поставлены сверху бункера кругом. Эта установка привлекла- внимание заместителя министра промышленности строительных материалов. Была создана компетентная комиссия из представителей различных институтов, под руководством которой лаборатория пылеулавливания
ВНИИ санитарной техники провела испытания и засвидетельствовала коэффициент очистки -- 99%, производительность-- 50 тыс. м3 воздуха в час, сопротивление -- 80 мм вод. ст.
Главное, на мой взгляд, состоит в том, что запыленность в выбросной трубе после гидродинамического пылеуловителя составляет всего 7 мг на 1 м3 воздуха. Это почти в 10 раз меньше допустимой нормы.
А самая лучшая установка была построена после окончания работы комиссии. Этот пылеуловитель представляет собой комнату с дверью, окнами и даже с электрическим освещением. Внутри нее установлены комплекты чаш и сопл. Между ними можно свободно ходить и периодически, раз в месяц, осматривать. На заводе построено пять таких камер на разное количество комплектов сопл и чаш. Вода во всех пылеуловителях непроточная. Поэтому отпадает необходимость в строительстве водоотстойников, не загрязняются водоемы. Практически можно сделать помещение и на 60 комплектов. Тогда в камере будет очищаться 400 тыс. м3 газа или воздуха в час. Например, на Ростсельмаше работают такие установки по 200 тыс. м3/ч.
Пока гидродинамические пылеуловители внедрены лишь на нескольких предприятиях. Я думаю только потому, что не налажена серийная отливка чаш и сопл. Каждый раз заводу, задумавшему внедрить новинку, приходится самому делать модель и отливать детали метрового диаметра, а для этого не у всех есть условия.
На ряде заводов сопла и чаши сварили из листовой стали. Однако надежда на то, что они прослужат достаточно долго, очень мала. Ведь работают они в загрязненной абразивными частицами воде. Лучшим выходом из положения, на мой взгляд, было бы централизованное изготовление сопл и чаш на одном из чугунолитейных заводов. Стоимость комплекта по опыту предыдущих заказов составляет 10 руб. Заводу, пожелавшему внедрить гидродинамический пылеуловитель, останется только выделить или построить под него подходящую камеру и подвести к соплам трубопроводы. В помещении площадью 15 м2 может разместиться десять комплектов сопл и чаш. Это обеспечит отличную очистку 50--60 тыс. м3 запыленного воздуха в час,
Общественные конструкторские бюро, комплексные бригады и другие формы творческого содружества обычно складываются в рамках предприятия или научно-исследовательского института, где работают все их участники. Оправданы ли творческие коллективы вне этих рамок? Здесь рассказывается о группе специалистов разных ведомств, объединившихся исключительно по собственной инициативе для решения конкретной технической задачи. Такая группа энтузиастов -- не единственная в своем роде, но и не массовое явление. Вместо противопоставления изобретателей-одиночек творческим коллективам следует перейти к поискам наиболее рациональных форм их совместной деятельности. Возможно, изобретательские группы могут быть одной из искомых форм. Мозговой штурм проблемы нередко дает положительный результат.
Однажды, когда мы, участники общественного конструкторского бюро (ОКБ), встретились в министерстве с представителем официальной фирмы, он в сердцах сказал: "Слишком много вам дают свободного времени! Вот увижу вашего директора, скажу, что его люди не загружены!"
Обидно было товарищу, что, будучи руководителем большой лаборатории с ассигнованиями, штатом, новейшим оборудованием и просторными помещениями, он за годы ее существования разработал только одно изобретение, которое на поверку оказалось хуже предложенного общественниками. ОКБ ютилось при цеховом совете ВОИР, и работали в нем в основном молодые специалисты. А вот поди ж ты, вечерами разрабатывали новые решения, получали авторские свидетельства, внедряли... Все на энтузиазме!
Года два спустя встретились с этим товарищем уже по-хорошему. Разговорились.
-- Думаете, я не хотел бы так же, как вы, просиживать вечера в теплой компании? -- заметил он.-- Я ведь тоже люблю свое дело. Но попробуйте наших людей хоть на полчаса задержать после работы! Одной нужно в магазин, другой в ясли за ребенком, третий билет в театр взял... Да и прав я таких не имею -- людей задерживать. А в рабочий день над нами план висит. Отчеты по темам, хоздоговоры, финансовые дела, вечная спешка.
Действительно, парадокс! Люди, у которых все есть, оказались в худшем положении, чем "партизанское" ОКБ.
Чем это объяснить? Некоторые думают: дал команду-- и все закрутилось. Появились изобретения, открытия, диссертации и патенты. А того не понимают, что за восьмичасовой рабочий день хорошие идеи не всегда рождаются. Для них нужно нерабочее время. Обязательно. Почему? Потому что для появления в голове нестандартных решений голова эта требует как минимум свободы от заботы об отчетах. Совещания, согласования иссушают мысль. А в ОКБ -- обстановка иная. Сделал конструкцию-- молодец! Не сделал -- не беда: она не в плане. Захотел поработать? Садись за свободный кульман! Не захотел, можешь просто так покалякать с друзьями.
Ценная особенность групп, работающих на общественных началах,-- их временный характер. Создаются они для решения технической задачи и функционируют лишь до тех пор, пока она не решена. Исчерпан вопрос-- группа, если нет новой объединяющей цели, может распасться. Высасывать из пальца новую задачу нет нужды. Ведь руководство ОКБ не озабочено выколачиванием ассигнований на следующий год.
Правда, есть трудности иного плана. Плохо с оборудованием, помещением для занятий, нечем платить машинисткам и копировщицам.
Не каждый годен для работы в ОКБ. Парадоксальность в том, что для работающего на добровольных началах понятия "свободное время", "семейный уют", "мой дом -- моя крепость" теряют свою определенность.
...Раздается телефоный звонок. Говорит старший научный сотрудник крупного московского института:
-- Вы автор гидропылеуловителя, о котором писалось в "Изобретателе и рационализаторе"? Мы вот собрались в одной гостеприимной квартире и поспорили, настоящий вы изобретатель или случайный? Если настоящий, то в течение ближайшего часа вы будете у нас. Гарантирую, будет интересно.
Удивленный таким предложением, я не то что не успел, не решился спросить, что за дело ко мне у собравшихся. А потом всю дорогу на чем свет стоит ругал неизвестного мне гражданина, таким примитивным способом вытащивщего меня из дому, а заодно корил и себя за доверчивость и любопытство.
Дверь открыл высокий худой человек. В квартире сидели даже на диванных валиках и подоконнике.
-- А вот и товарищ, который поможет нам поймать разлетающиеся шарики,-- представил меня хозяин дома.
Оказывается, вся компания, собравшаяся у кандидата технических наук В. А. Лисиченко, увлечена проблемой производства стеклянных шариков. Химиков, механиков, дорожников, полиграфистов, стеклодувов, прибористов и физиков-оптиков сплотил он каким-то чудом в единый коллектив, и вот они вечерами спорят о стеклянных шариках. Пока хозяин готовил в большой кастрюле кофе, мне успели коротко изложить суть проблемы.
Стеклянными микрошариками покрывали бакены, и те в свете пароходных прожекторов ярко сверкали, обозначая фарватер. Пытались изготовлять такие шарики из оргстекла. Но все в небольших масштабах.
За три месяца в группе Лисиченко научились варить особое, напоминающее хрусталь стекло с коэффициентом преломления, близким к 2. Но когда из этого стекла попробовали сделать шарики, ничего путного не получилось. Маленький (около 20 мкм в диаметре) шарик парил в воздухе, выплясывал немыслимые коленца. Вдоволь налетавшись, оседал, но не в подставленный противень, а куда попало.
Лисиченко прихлебывал из чашки кофе и рассказывал, что каждый стеклянный шарик -- это объектив. Лучи све-1 та, преломившись на сферической поверхности, должны. войти в него, отразиться от противоположной границы и сфокусироваться в одной точке.
...Инициативная группа работала вовсю. Демонстрация милицейского жезла, сияющего мириадами микрошариков, вызвала сенсацию. Обычный дорожный знак рядом со знаком, изготовленным членами инициативной группы из НИИавтоприборов, выглядел еле заметным. К участию в мозговом штурме был привлечен начальник печатного цеха одной крупной типографии. Вместе с ним разработали способ нанесения микрошариков на металлическую основу знака. Идея была такова: на обычной машине методом шелкографии изготавливаются переводные картинки-"бутерброды": прозрачный слой с рисунком, соответствующим данному знаку, слой микрошариков, слой алюминиевой краски (отражающий) и, наконец, клей. Объехав на машине с выдвижной люлькой огромный участок дороги, мастер может за один день на обычные знаки наклеить светящиеся изображения...
Так было бы, если бы умели ловить микрошарики.
Однажды на очередном заседании, когда допивали третью кастрюлю кофе, вдруг кто-то бросил идею: стекло расплавить и, как пульверизатором, распылять шуховской форсункой.
-- Ничего не выйдет. Стекло вязкое, забьет трубки...
-- Пропускать стеклянный порошок через переменное электрическое поле,-- несмело заметил еще кто-то.
-- Индукционный нагрев! Гидрозатвор из расплавленного металла! Плазмотрон! -- посыпались предложения.
-- Обычный вентилятор! Если его сделать из жаропрочной стали и, как в печи аэродинамического, подогрева, соединить нагнетательный патрубок с всасывающим, получится замкнутый аппарат. Воздух от трения разогреется, и нам только останется засыпать в него стеклянный порошок и получить микрошарики.
-- Вентилятор -- это уже близко,-- поддержала нахш единственная женщина.-- Когда рассчитываете пылеулавливающие агрегаты, какой формы пылинки вы себе представляете?
-- Известно какой,-- отвечаю,-- шарообразной! Это в учебниках рекомендуется.
-- Итак,-- подытожил главный стеклодув группы Б.Щ. Васин,-- известен способ превращения порошка в идеальные шарики, есть методика, есть гидропылеуловитель способный захватить частицы меньше микрометра...
-- Но, позвольте,-- спохватился он,-- пылеуловитель-то гидравлический! Как раскаленная плазма будет соседствовать с водой. Вода закипит, а то и взорвется.
Начали составлять тепловой баланс. Сколько стекла нужно расплавить, сколько воды испарить, какая для этого потребуется мощность тока. Подсчитали, и получилось, что маленькая струйка воды позволит всему остальному объему удерживаться на грани кипения, но не кипеть. Тут же положили на стол лист миллиметровки и набросали эскиз.
На следующий же день в мастерской приступили к изготовлению опытной установки. Пуск происходил на Московском заводе электровакуумных приборов, где нам разрешили немного поэксцериментировать после смены. Мерно зарокотала водородная горелка, и по команде Baсина струю молотого стекла пустили в факел. Уже через полчаса двухведерный бункер пылеуловителя был поло микрошариками.
-- Ну вот, для наших опытов хватит на ближайших сто лет,-- заметил Лисиченко.-- Теперь вопрос в том, возьмется за изготовление промышленной установки. Инициативная группа больше ничего сделать не может.
За тему, почти решенную, пока не взялся ни один институт. На установку, в которой так удачно сочетались "вода и пламень", выдали авторское свидетельство No 330117, а из остатков микрошариков мы понаделали всяких светоотражающих приборов и дорожных знаков. Одид из них: "Осторожно, дети!" -- висит у меня на стене. Но что в нем толку, если он отражает только свет от настольной лампы? Выдали нам авторское свидетельство No 325503 и на водомерное стекло, отличающееся тем, что одна его сторона покрыта шариками-катафотами и лучи света, падающие на нее в том месте, где стекло не заполнено водой, образуют сверкающую полоску, которая видна из любой точки котельной. Это предложение, мог бы использовать завод, выпускающий водомерные стекла для паровых котлов.
Стала наша инициативная группа распадаться. Одни за докторские диссертации засели, другие за кандидатские, третьи решили техникум окончить, чтобы не отставать.
Свои технические решения мы предлагали промышленности. Пока дело движется медленно. Но надежды не теряем.
Если сбросить со счета то удовлетворение, которое принес участникам группы совместный поиск, и если даже нам не удастся реализовать свою находку,-- а мы будем стараться! -- все равно останется положительный итог. Мы внесли свой вклад в копилку технических идей.
Когда разработка антициклона была в основном закончена, я сложил все эскизы вариантов в стопку, перетасовал и разложил на столе (рис. 7). Во главу угла поставил антициклон. По вертикали расположил варианты антициклона, в которых эффект осевой струи усиливается за счет добавления энергии вращения, тепла, воздуха и воды, а по горизонтали -- графы с решениями той же задачи, сделанными по принципам: введения дополнительного эффекта, "наоборот", "матрешка", мультипликация, а также наложения электрического и магнитного полей. Итак, первый элемент, порядковый номер 1, --обычный антициклон. Цилиндрический корпус с вход-
Рис. 7. Периодическая система антициклонов:
1 -- антициклон; 2 -- циклон; 3 -- антициклон "наоборот"; 4 -- двухступенчатый циклон; 5 -- антимультициклон; 6 -- двухступенчатый пылеуловитель; 7 -- магнитный антициклон; 8 -- устройство для перегрузки рыбы; 9 -- сепаратор мельницы; 10 -- ротационный пылеуловитель; 11 -- турбофильтр; 12 -- антициклонный пылесос; 14 -- разгрузитель пневмотранспорта; 16 -- уборщик газонов; 17 -- шахтный теплообменник; 18 -- запечный теплообменник "Робот"; 19 -- антициклонный теплообменник с цепной завесой; 20 -- многоступенчатый циклон; 22 -- циклонный теплообменник; 25 -- гидропылеуловитель; 26 -- скруббер; 27 -- вертикальная шахтная печь; 28 -- гидровоздушный циклон; 29 -- производство цементного клинкера; 31 -- гидродинамический пылеуловитель; 32 -- дымогенератор Азчеррыба; 33 -- антициклон с воздушной рубашкой; 34 -- антициклон с наддувом; 35 -- пылеуловитель вагранки
ным патрубком, направленным на отверстие в конусной части. Диаметр отверстия обязательно должен быть чуть больше диаметра патрубка. Соосность абсолютно необходима. Иначе пылевой поток не пойдет по инерции в отверстие, а ударится о стенку конуса, и эффекта осевой струи как не бывало! При соблюдении соосности и достав точно близком расположении входного патрубка к отверстию в конусе антициклон отлично ловит высушенную травяную сечку, палые листья деревьев, бумажный мусор, текстильные угары, хлопок и т. д.
Словом, все те частицы, которые обладают высокой парусностью, а при участии в циклонном процессе из вое душного потока выделяются крайне вяло, так как сила дрейфа у них значительно больше центробежной.
По горизонтали, под номером 2, в графе "Введение дополнительного эффекта" показан обычный циклон частичным ответвлением воздуха из входного патрубка и вводом его в конусную часть. Такой эффект без особых переделок позволяет снизить сопротивление обычного циклона и предотвратить зависание пыли в конусной части. Особенно целесообразно ставить такие трубопроводы в циклонных теплообменниках и циклонах -- разгрузителях пневмотранспорта.
Следующая графа -- "Принцип "наоборот". Показан обычный антициклон, перевернутый конусом вверх. Парадоксально, но факт -- степень улавливания в нем ничуть не меньше, чем у антициклона 1. Дело в том, что в эффекте улавливания частиц с помощью осевой струи влияние гравитации почти полностью исключено. Например, кленовый лист, попавший в антициклон, летит в бункер, как двадцатипятиграммовая гирька. Если поставить на его пути ладонь, он довольно больно ударит по ней. Кстати в качестве мусоросборника при механической уборке газонов и дорожек лучше всего использовать именно антициклоны (см. графу "Технология"). Ведь в обычных циклонах листочки бумаги, окурки и сигаретная упаковка практически не улавливаются, а в тканевых фильтрах такие фракции сразу покрывают всю площадь фильтрации, и отсос воздуха прекращается.
Следующим номером, 4, в графе "Матрешка" идет аппарат "Двухступенчатый циклон" (внутренняя вставка антициклон). Поток запыленного воздуха входит через патрубок сразу в антициклон, под действием инерции очищается в нем от крупных фракций, имеющих большую парусность, а затем через каналы между завихривающими лопастями выходит в зазор между стенками корпуса и вставки, совершает в нем вращательное движение, под действием центробежных сил освобождается от мелких фракций и удаляется через патрубок. Это типичное "матрешечное" решение технической задачи. Внутри одного корпуса устанавливается другой. Их эффективности складываются, а сопротивление возрастает незначительно, так как отсутствуют обычные при последовательном подключении воздуховоды.
В квадрате 5 показана мультипликация антициклона. Параллельно подключены четыре элемента. Но их может быть и 16 и 24 и больше. Мультипликация позволяет увеличить общий периметр отверстий входных патрубков и снизить общую высоту установки. При этом возрастает эффективность отделения пыли от воздуха. Ведь чем больше периметр, тем меньший слой воздуха приходится преодолевать пылинке, а чем меньше диаметр входного патрубка, тем меньше при том же соотношении диаметра патрубка к высоте будет общая высота установки.
Под номерами 6 и 7 показаны варианты наложения электрического и магнитных полей на действие антициклонов. В двухступенчатом пылеуловителе (квадрат 6), первый циклон которого изготовлен из пластмассы, улавливание происходит постадийно. В первом циклоне пыль вращается, заряжается от трения по стенкам, накатывается в довольно крупные шарики и в антициклоне эффективно улавливается, так как чем выше сечение частиц, тем выше и эффективность их улавливания.
Заканчивается горизонтальный ряд модификаций антициклона наложением магнитного поля на эффективность пылеосаждения. По кольцу внутри и снаружи антициклона расположены постоянные магниты. Между ними помещены железные опилки, образующие пористый фильтр, в котором эффективно задерживаются все частицы, не осевшие за счет эффекта осевой струи. В графе 8 показано довольно неожиданное применение антициклона (предложение Л. П. и С. Л. Шишмаковых) для перекачки рыбы. Такой способ предохраняет ее от повреждений.
Принцип действия пылеуловителей, помещенных во втором ряду, усилен эффектом вращения. Так, в сепараторе мельницы, помещенном в квадрате 9, в качестве входного патрубка антициклона используется вращающаяся вместе с корпусом мельницы цапфа. Через нее выходит воздушный поток, увлекающий с собой измельченный материал. При этом по инерции крупные фракции! пролетают в камеру и возвращаются на домалывание, а мелкие фракции отсасываются через патрубок.
В квадрате 10 изображен ротационный пылеуловитель, в котором вакуум создается чистым отсеком крыльчатки. Запыленный поток поступает через патрубок, по инерции пролетает в грязный отсек крыльчатки и сбрасывается ее лопастями в бункер. Очищенный воздух чистый отсек крыльчатки нагнетает в патрубок. Дополнительный эффект, используемый в установке, заключается в том, что ее крыльчатка одновременно служит и для отделений пыли из потока, и для отсасывания пыли из места ее выделения.
В турбофильтре (квадрат 11) крыльчатки не отсасывают пыль и не побуждают движение пылевоздушного потока, а, наоборот, вращаются, как турбины, этим же потоком. Снаружи крыльчатки обтянуты мелкоячеистой сеткой, на которой оседают пылинки, не выделившиеся из потока по инерции.
В квадрате 12 (принцип "матрешка") показан антициклонный пылесос, а в квадрате 13 (принцип мультипликации) автор не смог поместить никаких конструкций, так как еще ничего не придумал. Любой из читателей может восполнить этот пробел и подать от своего имени заявку. То же касается и других, пока еще не состоявшихся изобретений, которых ждут белые поля квадратов 15, 21, 23, 24, 30, 36, 37, 38, 39, 40. Конечно, автор оставил исследователям наиболее трудные, нерешенные задачи, но не исключено, что именно их решения и дадут наибольший эффект. А вообще-то, пробелы в таблице -- не помеха. Возможно, они всегда будут в ней. Не исключено, что кто-то придумает ультразвуковой антициклон, кто-то возьмет один из элементов периодической системы, поставит его во главу угла и начнет его совершенствовать по горизонтали и вертикали. Особенно пригоден, на мой взгляд, для этого "Разгрузитель пневмотранспорта" (квадрат 14). Его входной патрубок сделан из перфорированной трубы, на которую надета катушка. Патрубок вварен в крышку бункера, а на катушку через ролики намотана электретная нить. Она образует дополнительный фильтрующий слой, в котором под действие электрического заряда оседают даже мельчайшие аэрозоли. Постепенно нить с катушки перематывается, проходя через щетки, очищающие с нее пыль и создающие на нити новый заряд. Вместо электретной нити может быть использован шнур из любого синтетического материала.
Все изобретения, помещенные в третьем ряду, относятся к области теплопередачи. В основном это устанавливаемые за цементными печами теплообменники. Их принцип действия заключен в обработке поступающей сверху цементной сырьевой муки встречным потоком газов. Подогретая мука улавливается в элементах антициклонов и направляется во вращающиеся цементные печи. Все указанные теплообменники автор разрабатывал совместно с сотрудниками ВНИИцеммаша.
Четвертый ряд таблицы почти полностью заполнен аппаратами, в которых улавливание пыли осуществляется жидкой фазой. Наиболее широко внедрен гидропылеуловитель (квадрат 25) и скруббер (квадрат 23), отличающийся тем, что в нем эффект осевой струи усилен косыми лопастями, закручивающими водовоздушную смесь под козырьком. Это способствует более активному массообмену.
В квадрате 27 показана "Вертикальная шахтная печь", разработанная совместно с сотрудниками института НИИавтоприбор для производства и эффективного осаждения сверхминиатюрных стеклянных шариков -- катафотов. В этой конструкции входной патрубок является одновременно топочным объемом, в котором плазмой оплавляются мельчайшие стеклянные крупинки, тут же превращающиеся в шары и осаждающиеся в слое воды. С мелкими твердыми фракциями здесь не борются, а, наоборот, производят -их для изготовления самосветящихся автодорожных знаков.
В квадрате 28 новое "матрешечное" решение. Внутрь гидропылеуловителя, состоящего из нескольких сопл, вмонтирован антициклон. Воздух сначала очищается в нем от пыли, а затем поступает в сопла и барботирует через воду. Преимущество такого решения -- увеличение периодов времени между чистками.
В квадрате 29 показано устройство для обеспыливания уходящих газов цементных печей, работающих по мокрому способу производства. Уходящие газы из печи направляются к нескольким соплам и, выходя из них, с силой ударяются о зеркало разлитого шлама. При этом около 90% пыли осаждается на поверхности шлама и вместе с ним поступает обратно в печь.
В квадрате 31 показан гидродинамический пылеуловитель, отличающийся тем, что циркулирующая в нем вода омагничивается и значительно усиливает свои пылеулавливающие свойства.
В квадрате 32 показано устройство дымогенератора, разработанного в объединении Азчеррыба. Общий дефект четвертого ряда -- сложность удаления пульпы. Достоинство -- чистота очистки.
Последний ряд менее всего заполнен, но есть надежда, что уже вскоре для заявок не хватит пустых квадратов, дело в том, что используемый в нем для "промывки запыленного потока" воздух оказывает такое же действие на процесс улавливания, как и вода. В антициклоне (квадрат 33) чистый воздух засасывается вместе с пылевым потоком и обволакивает его, как завеса, на всем пути движения внутри конуса от кольцевой щели между патрубком и рубашкой до отверстия в бункере.
В квадрате 34 тот же эффект достигается за счет нагнетания чистого воздуха вентилятором, а в квадрате 35 антициклон перевернут. Воздушная завеса в нем также создается отдельным вентилятором. Такое устройство можно закрепить на любой пылящей трубе, но наибольший эффект оно даст именно на вагранках, так как мокрые пылеуловители четвертого ряда на вагранках внедрить трудно из-за агрессивности выбросных газов.
Все помещенные в таблице пылеуловители разработаны автором или при его участии, но, я думаю, труд любого товарища, желающего дополнить таблицу, будет встречен с благодарностью и пониманием. В принципе ведь вокруг каждого из сорока квадратов можно нарисовав еще по сорок!
"За последние годы в промышленности появились новые пылеуловители -- ротоклоны. Различны их технические характеристики и конструктивное исполнение, различны области применения и составы очищаемых газов.
Осмыслить особенности ротоклонов, которые были разработаны в последнее время, мне помогла "Периодическая система пылеуловителей",-- написал после публикации этой статьи в журнале "Техника и наука" ( No 6 3j 1979 г.) кандидат технических наук, заслуженный изобретатель Грузинской ССР Т. А. Шилакадзе.-- Я несколько изменил порядок и расположил в ее квадратах наиболее известные конструкции ротоклонов, предлагаемых фирмами или группами инженеров, действующими при общественных конструкторских бюро. Конечно, количественный анализ работы пылеуловителей таким образом дать нельзя, но качественную оценку -- вполне возможно".
Итак, "Периодическая таблица ротоклонов" (рис. 8).
Первая графа -- ротоклоны, действующие за счет барботирования газа через воду. Они отличаются друг от друга лишь формой и расположением элементов барботирования -- то принимают форму простейшей перегородки, то изгибаются в форме утки, то сворачиваются в кольцо или спиралью, то дробятся, как в мультипликаторе, то намагничиваются, то приобретают форму "матрешки".
Затем идет способ передувки. Поток чистого воздуха направляют на барботирующий через воду газ. Следующий способ -- двух- и более ступенчатая очистка. Запыленный газ сначала охлаждается в первой ступени, увлажняется, и его частицы коагулируют. Затем он поступает во вторую ступень, где они осаждаются. Четвертый способ -- "перелив". В нем воду после барботирования направляют по трубопроводу в отдельно стоящий бункер, где она осветляется и вновь поступает на барботирование. Например, применяя метод кольца и способ двухступенчатой очистки, можно получить новый ротоклон и т. д.
Начинается таблица простейшим промывным сосудом (клетка 1), разделенным прямыми перегородками. Далее (клетка 2) идет типичный ротоклон с изогнутыми перегородками, выпускаемый фирмой "Эрфильтр" (США). За ней, в клетке 3, находится гидродинамический пылеуловитель; отличающийся тем, что его перегородка в целях увеличения периметра свернута кольцом. За счет этого в том же корпусе периметр увеличился в 3,14 раза и исчезли "аэродинамические тени", неизбежно присутствующие в прямоугольном канале.
В клетке 4 приведен почти такой же пылеуловитель, отличающийся тем, что кольцом изогнута не фасонная, а прямая перегородка. Это упрощает изготовление и позволяет между перегородкой и входной трубой разместить спиральные направляющие, завихряющие воду и газ и тем самым продлевающие контакт между ними.
В клетке 5 показан гидродинамический' пылеуловитель, применяемый на Московском чугунолитейном заводе имени Войкова. В нем использован метод мультипликации. Объект разделен на множество подобных элементов, приведенных в клетке 3. Путем наложения магнит-
Рис. 8. Периодическая система ротоклонов:
1 -- простейший барботер; 2 -- ротоклон; 3 -- гидродинамический пылеуловитель; 4 -- гидродинамический пылеуловитель со спиральными направляющими; 5 -- гидродинамический пылеуловитель с несколькими параллельными барботажными элементами; 6 - гидродинамический пылеуловитель с наложением магнитного поля; 7 -- ротоклон, первой ступенью которого является циклон-"матрешка"; 8 - простейший барботер со щелью для подачи воздуха; 9 -- ротоклон со щелью для подачи воздуха; 11--гидродинамический пылеуловитель со спиральными направляющими и щелью для подачи воздуха; 15 -- ротоклон, нижняя перегородка которого служит поплавком для поддержания заданного уровня воды; 16 -- ротоклон "Урал"; 17 -- двухступенчатый кольцевой ротоклон; 18 -- ротоклон А. Шандыбина; 23 -- ротоклон с бункером сбора шлама; 24 -- кольцевой ротогклон с бункером сбора шлама; 27 -- ротоклон с магнитной обработкой воды.
ного поля повышена эффективность работы ротоклона, показанного в клетке 6.
В зазоре между входной трубой и внутренними стенками корпуса ротоклона помещается слой железных опилок, поддерживаемый во взвешенном состоянии постоянными магнитами. Брызги и частицы пыли, не уловленные при барботировании, задерживаются в слое опилок.
В клетке 7 приведен ротоклон, созданный по типу "матрешки". Внутри размещенных по кругу сопл находится циклон. Запыленный газ поступает в него, где частично обеспыливается под действием центробежной силы, а затем проходит вторичную очистку в соплах ротоклона.
В ротоклонах второго ряда в клетках 8, 9 и 11 показаны те же конструкции, что и в клетках 1, 2 и 4, отличающиеся лишь тем, что для предотвращения брызгоуноса в их корпусах проложены щелевые каналы, соединяющие их полости с атмосферой. Когда внутри ротоклонов вентиляторы создадут вакуум, через щели в корпусе войдут плоские струи воздуха и отсекут выходные патрубки для, очищенного газа от зоны барботирования плотными воздушными завесами.
В третьем ряду таблицы представлены двухступенчатые ротоклоны, в которых воздух сначала проходит первую барботажную щель, где частицы пыли покрываются пленкой воды, сконденсировавшейся на их поверхности из водяного пара. Затем несколько утяжелившиеся частицы поступают во вторую щель, где и улавливаются.
Открывает ряд (клетка 15) ротоклон, узел барботирования которого выполнен из двух прямых перегородок, причем нижняя перегородка выполнена из легкого материала и одновременно выполняет роль поплавка регулятора уровня. При этом скорость проходящей в этом канале газоводяной смеси регулируется за счет опускания и подъема нижней перегородки. Второй ступенью очистки в этом ротоклоне служит расположенная под углом 90╟ к Щели плита, о которую разбивается водяной поток и где укрупненные частицы пыли оседают вместе с брызгами. Далее следует клетка 16. В ней показан ротоклон "Урал". Конструктивно он мало чем отличается от своих собратьев. Первая зона барботирования, за ней вторая.
Конечно, дважды промытый газ чище, чем промытый только один раз.
Мы проводили опыты на ферросплавном заводе по опробованию двухстадийной очистки газа. Было установлено, что в ротоклоне улавливаются довольно тонкие фракции ферросплавной пыли, и коэффициент полезного действия ротоклона оказался достаточно высок, однако золи с размером частиц меньше 1 мкм в нем не улавливались, В клетке 17 также показан двухступенчатый ротоклон кольцевого типа. Конструктивно он идентичен ротоклону "Урал", но и в нем аэрозоли не улавливаются.
В клетке 18 приведен ротоклон, разработанный инженером О. Шандыбиным и другими сотрудниками Московского пусконаладочного управления Министерства машиностроения для животноводства и кормопроизводства СССР. Преимущество этого ротоклона заключается в том, что узел его барботирования подвешен на эластичной вставке, как поплавок, и следует за всеми изменениями уровня воды. Газ хорошо очищается, "подныривая" под концентрические перегородки. Такой ротоклон не привязан к водопроводу и может быть передвижным.
И последняя графа таблицы. В ней ротоклоны разделены на две части: узел барботирования в них расположен отдельно, а бункер сбора шлама соединен с корпусом трубопроводами. Вода из узла барботирования по трубопроводу сливается в бункер, где из нее оседает шлам, после чего осветленная вода вновь идет в узел барботирования. Начинает этот ряд барботажно-вихревой пылеуловитель (ВВП). Принцип его конструкции лег в основу ротоклона "Урал", но ВВП в отличие от "Урала" более эффективен, так как в его узел барботирования поступает чистая вода.
Ротоклон в клетке 24 объединил в себе и эффект кольца, и эффект перелива. А в клетке 27 показан аппарат, объединивший в себе эффект кольца, эффект перелива и еще один интересный эффект, на котором следует остановиться особо, так как он применим почти ко всем ротоклонам. Специалисты по магнитной обработке воды выяснили, что если в отстойник залить сточную воду, предварительно пропущенную между несколькими постоянными или электрическими магнитами, то ее осветление значительно ускорится. Кроме того, прошедшая магнитную обработку вода более эффективно улавливает тонкие фракции некоторых видов пыли.
Магнитно-гидродинамическим ротоклоном таблица заканчивается. В принципе ее можно расширить, введя такие приемы технического творчества, как "наоборот", "наложение дополнительного эффекта", "наложение акустического и электрического полей" и т. д. Но для такой узкой области, как ротоклоны, я думаю, этого будет достаточно. Остались пустые клетки, в которые нетрудно поставить какие-нибудь новые ротоклоны. Возможно, они окажутся и более совершенными, чем известные.
Во второй половине XVIII в. Старый свет облетело сенсационное известие -- парижский врач Месмер излечивает различные болезни с помощью намагниченной воды. На рекламных листках, иллюстрировавших это сообщение, были изображены представители французского высшего общества, приятно проводящие время у больших лоханей с водой. К лоханям подведены подковообразные магниты. Некоторые дамы и господа, принимая процедуры, одновременно наслаждались музыкой. Надо сказать, что Месмер приписывал целебные свойства не только чудодейственным "магнетическим флюидам", но и гипнозу и музыке.
Сейчас, по прошествии 200 лет, можно с уверенностью сказать, что Месмер действительно оказывал помощь своим пациентам, в особенности страдавшим нервными расстройствами, но его сгубила реклама. Сначала в Вене, а затем в Париже он наделал столько шума, приписав своему методу лечения такие небывалые успехи, что в 1784 г. король поручил Парижской академии наук создать компетентную комиссию по изучению метода Месмера. Комиссий, в которую вошли такие известные ученые, как Лавуазье и Франклин, установила, что вода в снабженных магнитами ваннах не могла оказывать никакого заметного влияния на здоровье людей, что никакого месмеровского животного магнетизма в природе не существует, а сам Месмер не более как шарлатан.
Но прошли годы, и многое из того, что Месмер пытался применить на практике, получило теоретическое подтверждение. Гипнозом стали лечить нервные расстройства. Даже музыка, которая Парижской Академии показалась уж совсем бесполезной, со временем нашла применение в медицине. И только магнитная вода так больше и не применялась...
XX век ознаменовался небывалым развитием тепловой энергетики. И появилась новая проблема -- защита труб и котлов от накипи. Чего только для этого не применяли! В котлы добавляли каустическую соду, порошок "антинакипин", смягчали воду в специальных аппаратах, фильтровали, заменяли конденсатом. При больших котельных появились даже специальные цехи для водоподготовки. И все равно, лишь только кончался отопительный сезон, десятки тысяч котлочистов, прихватив с собой специальные фрезы, направлялись в котельные.
В 30-х годах советские физики Р. Я. Берлага и Ф. К. Горский обнаружили неожиданный эффект: если насыщенный раствор солей поместить в магнитное поле, то процесс выпадения кристаллов изменится. Казалось бы, как может влиять магнит на среду, в которой нет и следов ферромагнитных частиц? Раз за разом ученые ставили опыты -- эффект существовал. Почему? Как? На основании каких законов? Все это было настолько необъяснимо, что дальше опытов дело не пошло и вскоре почти совсем забылось.
1945 год. Бурный послевоенный рост промышленного и жилищного строительства. И как гром среди ясного неба: в Бельгии открыт способ магнитной обработки котловой воды, предотвращающий всякое образование накипи. Приступили к выпуску небольших аппаратов, снабженных набором постоянных магнитиков, расположенных в трубопроводе попарно: одноименными полюсами друг к другу. Был налажен и выпуск приборов с электрическими магнитами. Они предназначались для обработки больших объемов воды. За короткое время было продано более 60 тыс. аппаратов. Опубликованы отзывы предприятий, на которых магнитные аппараты дали положительный эффект.
В 50-х годах в Институте горного дела имени! А. А. Скочинского под руководством профессор; В. И. Классена были проведены большие исследование по изучению смачиваемости различных веществ магнитной водой. Цель работы сводилась к усовершенствовании флотации -- основного способа обогащения руд. Принцип флотации заключался в том, что частицы минералов, находящиеся в водной суспензии, прилипали к мельчайшим пузырькам воздуха, продуваемого через дно аппарата, и вместе с пузырьками всплывали на поверхность. Поразительно, но факт, что, если воду предварительно обработать в магнитном поле, частицы к воздушным пузырькам прилипают значительно быстрее и прочнее.
Эффективность процесса повышалась на 20--50%. На медных, свинцовых и фосфорных рудах новый способ дал положительные результаты. Параллельно выявился еще один эффект: если в отстойник налить грязную сточную воду, предварительно пропущенную через магнитное поле, то процесс ее осветления значительно ускорится. Однако в данном случае осаждение происходит только при определенной напряженности магнитного поля. Например, до 160 эрстед скорость осаждения увеличивается, по достижении 200 -- снижается, а после 480 эрстед опять начинает расти. Почти так же влияет омагничивание воды на работу мокрых пылеуловителей барботажного типа. Их коэффициент полезного действия увеличивается.
И совсем уж странным кажется такое свойство магнитной воды: если на ней замешать бетонную смесь, то бетон не только быстрее затвердеет, но и прочность его возрастет в 1,5 раза.
Мне довелось беседовать с главным инженером одного завода железобетонных изделий.
-- Знаете ли вы,-- спросил я,-- что магнитная обработка воды, подаваемой в растворный узел, значительно повышает прочность изделий?
-- Еще бы! -- ответил он,-- Об этом писали в газетах, и не раз.
-- Почему же вы тогда не пользуетесь этим методом?
-- По двум причинам: во-первых, мы не знаем, какие требуются магниты и где их можно достать; во-вторых, магнитная обработка почему-то не всегда дает положительный результат, а у нас все-таки завод, а не опытный полигон. Вот когда ученые сами разберутся, разработают типовые магнитные аппараты, составят инструкции по их применению, а из технического управления придет соответствующее указание, вот тогда мы с радостью внедрим их на всех участках. А пока...
Точно так же обстоят дела и на заводах, изготовляющих силикатный кирпич. Есть опытные данные, подтверждающие, что магнитная обработка воды, на которой замешивается раствор, повышает прочность кирпича. Данные обнадеживающие, но... До массового внедрения магнитной обработки воды и здесь еще далеко.
Что же получается? На тысячах заводов, где магнитная обработка могла бы сэкономить нашему государству десятки, а может быть, и сотни миллионов рублей, рассуждают так, как мой знакомый главный инженер, И лишь на некоторых, где работают энтузиасты, способ внедрен и дает большой экономический эффект. Методом проб, различных экспериментов новаторы находят оптимальные магниты, кустарным или полукустарным путем мастерят аппараты и успешно их эксплуатируют.
Заслуживает изучения опыт Московского чугунолитейного завода имени Войкова. На этом предприятии выпускали паровые и водогрейные котлы "Универсал", отопительные батареи и арматуру -- как раз те самые устройства, которые более других подвержены воздействию накипи. Но если большие котлоагрегаты и снабжены какими-то аппаратами для химической очистки воды, то относительно малых единственное, что помогает им в борьбе против накипи,-- загрузка в котлы реагентов, смягчающих воду. И тем не менее каждое лето на несколько недель приходится прерывать подачу горячей воды потребителям и производить генеральную чистку. "А что если использовать для котлов "Универсал" магнитные устройства?" -- подумали на заводе. Они не требуют затрат на эксплуатацию, стоимость их не выходит за пределы нескольких десятков рублей, иными словами, они в сотни раз дешевле, чем аппараты химической очистки, да и не требуют больших площадок, что тоже немаловажно при установке отопительного оборудования. Энтузиасты изучили все "за" и "против" и решили сделать небольшую серию аппаратов, которые входили бы в комплект поставки к паровым котлам "Универсал". За образец они взяли предложенный изобретателем М. Я. Цикерманом аппарат, который представлял собой ярусный набор стаканчиков с перфорированными донышками, соединенных между собой на резьбе. Внутри каждого стаканчика размещался постоянный магнит. Но стенки стаканчиков были изготовлены не из цветных металлов, как это делалось раньше, а из обычного серого чугуна. Казалось бы, весь эффект магнитной обработки должен свестись к нулю... На самом же деле он увеличился почти вдвое. Магнитные силовые линии, как по путепроводу, прошли по стенкам стаканчиков и образовали в кольцевом зазоре у полюсного наконечника мощные магнитные поля, в которых происходит обработка воды. Аппараты удобно монтировались на трубопроводах внешней обвязки котла, легко разбирались для прочистки и практически не занимали места.
Вскоре после проверки опытных образцов были изготовлены и отправлены потребителям первые 30 аппаратов для паровых котлов. Вот выдержки из официальных отзывов: "Поверхности нагрева котлов, оснащенных магнитными аппаратами, накипью не покрываются", "Вскрытие котла показало, что за отопительный сезон накипи не образовалось", "Соли жесткости выпадали из воды не в виде накипи, а в виде рыхлого шлама, который удалялся из котла продувкой".
Слава о чудодейственных свойствах войковских магнитных аппаратов быстро распространилась. Десятки тысяч аппаратов уже сейчас используются не только в городах, но также в совхозах и колхозах, где котлы необходимы для отапливания коровников, свинарников и тепличных помещений. Были изготовлены магнитные аппараты, предотвращающие образование накипи даже в двигателях тракторов.
О магнитных аппаратах прослышали на Останкинском пивоваренном заводе. Накипь -- бич бутыломоечных машин. Горячая вода выделяет столько накипи, что слесари едва успевают ее счищать. Пищевики обратились за содействием к чугунолитейщикам. И помощь была получена.
Конструкция аппарата для этой машины крайне проста. Между двумя рядами постоянных магнитов, замкнутых П-образным магнитопроводом, проложена частично сплюснутая магнитопроницаемая труба. Протекая в ней, вода пересекает магнитное поле и омагничивается. Результаты блестящие. В бутыломоечной машине не только не образовывалась новая накипь, но и разрушалась старая. Более того, качество мытья бутылок значительно возросло. Можно подумать, что омагниченная вода приобрела какие-то добавочные моющие свойства. Опять загадка...
Однако далеко не с каждой водой достигается желаемый эффект. Вода из некоторых рек и артезианских скважин даже после омагничивания образует накипь, поэтому повсеместно отменять химическую защиту и переходить на магнитную обработку воды рискованно. Весной, например, магнитная обработка воды удается значительно хуже. Возможно, причина здесь в изменении солевого состава воды.
Омагничивание воды даже при положительном эффекте влечет за собой образование большого количества шлама, который может выпадать в коллекторах и барабанах котла. Нужно изобрести надежную и эффективную ловушку для шлама.
"А что если попробовать использовать омагниченную воду в системе барботажного пылеуловителя? -- подумал я.-- Ведь, несмотря на его высокую эффективность, частицы самой тонкой пыли все же вылетают в атмосферу!"
Чтобы определить, при какой напряженности магнитного поля будет получена наиболее эффективная степень очистки, пришлось сделать небольшой электромагнит и скомпоновать его с прозрачной моделью гидродинамического пылеуловителя. В результате выяснилось, что 300 эрстед -- оптимальная величина для напряженности магнитного поля для воды, идущей в барботер. Коэффициент очистки воздуха, запыленного тонкими фракциями размолотой глины, повысился с 92 до 99%.
Пришло время от экспериментальной установки переходить к промышленной. Поскольку на Московском чугунолитейном заводе имени Войкова уже имелись действующие гидродинамические пылеуловители и было налажено изготовление магнитных аппаратов для обработки воды, внедрять новую установку решили там. Результат сказался при первых же испытаниях. Омагниченная вода, залитая в бункер емкостью более 40 м3, буквально притягивала самые тонкие частицы пыли. Кроме того, выявилось еще одно положительное качество -- шлам буквально на глазах отслаивался от воды. Так что барботирование запыленного воздуха постоянно велось через чистую воду, а не через шлам.
Магнитной обработкой воды можно повысить эффективность действия не только барботажного, но и оросительного пылеуловителей. Только в каждом отдельном случае нужно правильно выбрать тип магнитных аппаратов и проследить, чтобы паспортная производительность по воде соответствовала той, которая заложена в проекте пылеуловителя.
Магниклон, как антициклон и ротоклон, относится к новым и пока что малоизученным пылеуловителям. Автор этого класса аппаратов кандидат технических наук Ю. Измоденов -- заместитель директора Научно-исследовательского и проектного института по газоочистным сооружениям, технике безопасности и охране труда в промышленности строительных материалов. Для удобства поиска новых решений в этой области он также составил пери-
Рис. 9. Периодическая система магниклонов:
2 -- магнитный коагулятор на постоянном токе; 3 -- магнитный коагулятор на переменном токе; 4 -- магнитный коагулятор с вращающимся магнитным полем; 6 -- сухой магнитный скруббер с постоянными магнитами; 7 -- сухой магнитный скруббер на постоянном токе; 11 -- мокрый магнитный скруббер с постоянными магнитами; 12 -- мокрый магнитный скруббер на постоянном токе; 13 -- мокрый магнитный скруббер на переменном токе; 16 -- магнитный фильтр с постоянными магнитами; 17 -- магнитный фильтр на постоянном токе; 18 -- магнитный фильтр на переменном токе; 19 -- магнитный фильтр с вращающимся магнитным полем; 20 -- магнитный фильтр с применением акустического поля; 22 -- электромагнитный фильтр на постоянном токе; 23 -- электромагнитный фильтр на переменном токе
одическую таблицу. В ней аппараты подразделяются в зависимости от источников питания -- способа создания магнитного поля по вертикали и от класса пылеотделителя по горизонтали (рис. 9).
Таблица открывается классом магнитных коагуляторов, которые представляют собой аппараты предочистки. Эти устройства, установленные перед фильтрами, скрубберами, циклонами, существенным образом повышают эффективность их работы. Дело в том, что магнитная коагуляция тончайших фракций пыли делает их легкоулавливаемыми.
Магнитные коагуляторы могут работать как на постоянном, так и на переменном токе. Переменный ток, вращающееся или бегущее магнитное поле более предпочтительны, так как устраняют осаждение ферромагнитных частиц в рабочей зоне аппарата. Несколько сложнее решается этот вопрос при постоянном токе. В этом случае необходима система автоматики для периодического отключения электромагнитов.
И совсем плохо обстоит дело при использовании постоянных магнитов. Не случайно поэтому квадрат под номером 1 остается пустым. Если, решить эту задачу, то промышленность получит энергетически наиболее выгодный вариант -- ведь постоянные магниты не требуют расхода электроэнергии...
Значительное место в таблице отводится магнитным скрубберам, которые условно подразделяются на два класса -- сухие и мокрые. Квадрат 6 занят циклоном, функционирующим с применением магнитной "затравки". Магнитная "затравка" способствует повышению эффективности улавливания тонких фракций пыли (как магнитной, так и немагнитной). Отделение магнитной "затравки" осуществляется с помощью магнитного сепаратора, который запрограммирован так, чтобы рециркуляция "затравки" как по количеству, так и по качеству удовлетворяла оптимальному режиму работы данного комплекса. Устройства в квадратах 6 и 7 очень близки по функционированию и делятся чисто условно.
Термин "сухой скруббер" заимствован у американцев, которые на III советско-американском симпозиуме, посвященном защите окружающей среды от вредных твердых частиц, рассказали об аппаратах этого класса, но без применения магнитного поля и без магнитной "затравки". В перспективе развитие этого класса аппаратов позволит заполнить квадраты 8, 9 и 10. Более изучены мокрые магнитные скрубберы.
Квадрат 11 занимает аппарат, преимущество которого состоит в использовании постоянных магнитов, компактности системы и простоте конструкции.
Значительный интерес представляет конструкция аппарата под номером 13. Рабочий орган выполнен в виде сотообразной решетки из немагнитного материала. Каналы решетки расположены вдоль силовых линий поля магнитной системы, причем в каждом канале свободно размещено ферромагнитное тело шарообразной формы, которое под действием магнитнрй силы и напора газового потока приобретает возвратно-поступательное движение. При этом с максимальной эффективностью реализуется инерционно-ударный эффект.
Магнитные фильтры наиболее полно представлены в квадратах 16--20. Показанные там магнитные фильтры -- это улучшенный вариант гравийных фильтров. Наложение магнитных полей повышает эффективность очистки газов при значительно меньших гидравлических потерях, повышает пылеемкость аппаратов. Родоначальник магнитных фильтров представлен под номером 17.
Квадрат 20 занимает аппарат для очистки воздуха от тонкодисперсной пыли с применением комбинированного воздействия магнитных и акустических полей.
Последняя колонка таблицы заполнена комбинированными устройствами или электромагнитными фильтрами.
Разумеется, предложенная таблица не отражает всех конструктивных возможностей этого направления, и целью автора было создание системы, которая увязывала бы то, что уже есть, и то, что еще появится. Тем более, что разработка и развитие магнитного способа газопылеулавливания относятся к области, в которой могут испытать свои силы специалисты многих профилей. Здесь есть над чем подумать физикам, математикам и механикам, электромеханикам и энергетикам, тем, кто занимается процессами и аппаратами очистки.
Наладчик наладчику рознь. Есть наладчики ткацких станков, токарных автоматов, аппаратов контактной сварки. Люди это деловые, эрудированные, их быт мало чем отличается от быта других рабочих завода. Живут они дома и работают на одном месте. Но речь пойдет не о них, а о так называемых "бродячих" настройщиках вентиляции, вентиляторов и дымососов.
До революции не было таких наладчиков. Если хозяин замечал, что дела на фабрике стали идти хуже, он посылал за хорошим инженером. Таким инженером, которого самому в штате держать было накладно. Подъезжал господин в фуражке с золотыми молоточками, заходил в цехи фабрики, кое-что расспрашивал у рабочих, а через день-два ставил исчерпывающий диагноз болезни котельной установки. Говорят, ошибки были крайне редки.
Потом появился трест "Тепло и сила". В нем объединили старых инженеров, добавили к ним стажеров, сколотили бригады наладчиков, стали проводить узкую специализацию. Один -- химик, специалист по анализу воздуха, другой -- главный по воздухообмену, третий -- специалист по вентиляторам.
Огромные заводы сходили, как с конвейера. Насыщенные механизмами и автоматикой, они требовали квалифицированного пуска и наладки. Кто-то должен был дать эксплуатационникам общее направление, режимную карту, подробный инструктаж. И тогда был создан ОРГРЭС. Институт не институт, но институты к нему за советом и опытом ходили. Собрались там "киты", каждый из которых не только знал, но и умел. Наладчик должен обладать особыми качествами: быть коммуникабельным, т. е. сразу по приезде легко сходиться с эксплуатационниками, быть смелым и решительным, но без отчаянности. Любой рискованный поступок должен быть тщательно взвешен и рассчитан. Приехав в какой-нибудь райцентр, наладчик с первого дня начинает встречаться с непредвиденными ситуациями. Истинный путь -- один, а заблуждений -- тысяча. Каждое из них грозит смертельной опасностью. Крыса забралась в трубопровод. Кто-то в воздуховоде забыл телогрейку. Упали на сборку пассатижи... На решение задачи со множеством неизвестных порой отпускаются секунды. Как гром среди ясного неба, вдруг во время пуска раздается оглушительный рев пара, и наладчик мчится навстречу спасающимся машинистам водосмотра, обжигая руки, привязывает рычаг клапана и усмиряет пар.
Мне пришлось работать по наладке в 50-е годы. Тогда наладочные организации можно было по пальцам пересчитать: Энергохимпром, Энергоцветмет, Энергочермет, Энергобум и еще несколько контор. Пускали котлоагрегаты "Митчел", "Бабкок и Вилькокс" и, естественно, свои прямоточные системы Рамзина. Да всего и не припомнишь. Послевоенная суровая зима застала меня в Верхнем поселке Волгоградского тракторного завода. Комната в общежитии с дырой от снаряда, заткнутой старым одеялом. На самодельной электроплитке -- общая наша трапеза.
Субподрядчиками нас называли потому, что в Волгоград мы приехали по договору со строительной организацией, которая величалась генподрядчиком, для наладки вентиляции и доведения ее до проектных данных.
Кто же учил наладчиков того времени? Да, по сути дела, никто. Одна надежда -- разберешь, потом поймешь. Была у нас книга инженера В. И. Поликовского "Вентиляторы, воздуходувки и компрессоры", изданная в 1938г. Энергоиздатом. Эта первая наша книга по сей день нам кажется образцом того, как нужно писать на научно-технические темы. Вот ее начало: "Состояние воздуха определяется: 1) давлением; 2) температурой; 3) влажностью". Ясная и четко изложенная мысль. У Поликовского говорилось, что для измерения давления воздуха служат микроманометры, подсоединенные к трубкам Пито. Обошли все заводские лаборатории, о подобных приборах никто не слышал. Как быть?
Когда формировалась бригада наладчиков, начальник теплотехнического цеха предложил нам взять к себе с испытательным сроком одного выпускника ремесленного училища. С образованием у парня было не ахти (наладчику нужно иметь хотя бы техникум), но по специальности -- слесарь-лекальщик пятого разряда.. Вот он-то и взялся сделать без чертежей, только по картинке из книжки, трубку Пито и микроманометр.
Когда же он взялся за дело и за полдня смастерил великолепную трубку, все только ахнули. Вот это парень! С таким же блеском был сделан и микроманометр. Часть деталей он сам и выточил на токарном станке, сам и отфрезеровал и сварил газовой сваркой. Теперь можно проводить замеры. Кстати, сейчас он кандидат наук, доцент.
Микроманометр и трубка Пито -- классические приборы. Без изменений они сохранились и у теперешних наладчиков. Трубки Пито служат для измерения давления воздуха, проходящего через короба и трубопроводы. Особенность таких трубок в том, что они разделены на два канала: один соединен с носиком, направленным навстречу потоку воздуха, другой -- с боковыми отверстиями. Первым отверстием, направленным навстречу потоку, измеряется полный напор воздуха, состоящий из динамического и статического давлений, боковыми отверстиями -- только статический напор. Микроманометр -- прибор с резервуаром, залить спиртом, и стеклянной наклонной трубкой. Резервуар подсоединяется резиновым шлангом к носику трубки Пито, а стеклянная трубка -- к ее боковым отверстиям. Конечно, в книжку Поликовского мы уверовали от "а" до "я", но все же где-то шевелился червь сомнения. А вдруг что-то не так, а вдруг не получится. Наконец установили в воздуховоде трубку Пито, подключили ее к микроманометру и нажали кнопку "Пуск". Вентилятор взвыл, и спирт в стеклянной трубке поднялся до деления 20 мм. Это обозначало разницу между полным и статическим давлением и называлось динамическим напором. Нужно было извлечь из этой величины квадратный корень и умножить на 4,04. Получилась скорость, равная 18 м/с. Оставалось помножить эту величину на площадь сечения воздуховода, равную 1 м2, и на 3600 с, содержащихся в часе. Получилось, что производительность вентилятора равна 64800 м3/ч. Еще и еще мы проводили это нехитрое измерение. В ту пору оно казалось нам замечательным. По проекту полагалось, чтобы производительность этого вентилятора составляла только 50 тыс. м3/ч. Отрегулировать производительность вентилятора изменением числа оборотов не составляло труда.
После тракторного завода были еще десятки объектов, но до мелочей запомнился именно он -- первый, неповторимый.
Наладчики -- народ кочевой. Приехали на один завод к самому пуску. Осмотрели оборудование, все ли соответствует проекту. Составили ведомость дефектов и недоделок, если таковые обнаружатся, отбалансировали роторы вентиляторов, проверили работу, шиберов. В эти первые дни наладчики работают "на авторитет". Сумели обнаружить серьезные дефекты монтажа -- эксплуатационники будут их уважать, и в дальнейшем слово наладчиков для них -- закон. А если проглядели, растерялись беда. Долго еще придется завоевывать популярность.
Наладчик на заводе, как врач у больного. Он должен уметь во что бы то ни стало поставить правильный диагноз. В одном московском пусконаладочном управлении наладчики, чтобы быстрее поставить диагноз работе вентиляторов, сконструировали зонд точь-в-точь, как у врачей. На одном конце лампочка, на другом -- окуляр. Зонд вводится внутрь вентилятора, зажигается лампочка, и через окуляр наладчик просматривает ротор и диффузор. Большое значение придается зазору между краем диффузора и кольцом ротора. Если этот зазор слишком велик, через него будет вхолостую циркулировать поток воздуха. Практически величину этого зазора нужно отрегулировать до 0,01 диаметра ротора. Например, при диаметре 1000 мм зазор должен быть равен 10 мм. Этим же зондом можно проверить правильность установки лопастей вентилятора, степень их износа и чистоту. Кроме того, был разработан еще ряд приспособлений для измерения давления, скорости и влажности воздуха. Вот, например, устройство, позволяющее измерять размеры воздуховодов одному человеку без помощника. К концу рулетки крепится маленький магнитик. Стоит приложить его к металлическому воздуховоду, и он буквально прилипает к нему. Остается протягивать ленту рулетки и измерять длину и окружность воздуховодов.
Как-то я беседовал с начальником управления Мосстроймашавтоматизация.
-- Наша организация,-- сказал он,-- обслуживает машиностроительные заводы Москвы и области. Круг заказчиков сложился. Наладчиков же наши учебные заведения не готовят. Для них самое главное -- опыт, интуиция, глубокое знание производства и умение творчески и порой на лету решать вопросы, которые ставит эксплуатация.
Где берем таких? И сами приходят, и мы ищем, приглашаем из наиболее способных производственников, монтажников, проектировщиков.
Наладчики -- специалисты высшей квалификации. Оно и понятно, ведь наладчик одновременно и проектант, и исследователь, и слесарь, и жестянщик. Воспитать такого специалиста нелегко и нескоро. Трудно сказать, легче ли изучить аэродинамические и теплотехнические расчеты или мастерство жестянщика. Ведь кроить железные листы нужно тоже по формулам. Ребята, пришедшие из ГПТУ и получившие там специальность слесарей-вентиляционников, геометрию знают назубок и могут по науке раскроить и сделать воздуховоды любой сложности. Рядом с ними работают и старые мастера, которые не заглядывают в справочники и не утруждают себя расчетами. Крой и соединение "в замок" превратились для них в своего рода автоматизм. Чувство металла само подсказывает, с какой силой и куда нужно ударить киянкой. Но вот окончили изготовление системы воздуховодов, .смонтировали вентилятор, подключили калориферы. Остается пуск. Те же самые слесари-наладчики превращаются в испытателей.
По уровню устанавливается микроманометр, теперь уж не самодельный, а фирменный, резиновыми шлангами к нему подключается трубка Пито, включается вентилятор и начинается снятие аэродинамических характеристик. Один наладчик устанавливает в воздуховоде трубку Пито, другой командует ему: "Раз!" В ответ слышит: "Есть -- раз!" -- и записывает показание динамического напора. "Два!" Тот передвигает трубку в другое место воздуховода. "Есть -- два!"
Зачастую слесари-наладчики работают рядом с техниками и инженерами. Вопрос о том, кто главней, здесь не возникает. Принцип такой: кто лучше умеет в данное время выполнять данную работу -- тот и главнее. Того и слушают остальные. Когда, к примеру, жестянщик ведет разметку железного листа, он как хирург в операционной. Ловкие взмахи острой чертилки, жужжание виброножниц. Остальные только успевают ему помогать. Но вот пришло время устанавливать на пружинные опоры вентилятор, тут главный -- слесарь. Если необходимо составить чертежи, к кульману встает тот, кто силен в этом деле. Но узкой специализации здесь нет. Каждый наладчик может и кроить металл, и делать воздуховоды, и выполнять расчеты.
Одна из бригад вела наладку вентиляции на крупном машиностроительном заводе. Завод постоянно растет. Отсюда и увеличение выделяющихся в атмосферу цехов вредных газов. Следовательно, нужно постоянное совершенствование вентиляции.
-- Довольны ли вы работой наладчиков? -- задал я вопрос главному энергетику завода.
-- Конечно, ведь если действовать по всем правилам науки и техники, прежде всего нужно, чтобы проектный институт разработал тома чертежей, на основании которых СМУ смонтирует вентиляцию, а НИИ испытает ее и сдаст санэпидстанции, которая определит санитарно-гигиенический эффект. Но для выполнения этих работ потребуются годы. Бригада же наладчиков все эти работы выполняет в течение нескольких месяцев, а то и недель. Правда, зачастую они работают по эскизам, а не по настоящему проекту. Эскизы тут же составляют сами инженеры-наладчики, зато поправки в эти эскизы вносятся в процессе работы, обсуждаются тут же на месте. Сразу же после изготовления вентиляционной системы ее испытывают и налаживают. Конечный результат -- отбор проб воздуха и химический анализ. Проведение работ такими комплексными наладочными бригадами, пожалуй, и есть наиболее оперативный и современный метод борьбы за чистый воздух на производстве.
А вот мнение главного инженера московского пуско-наладочного управления:
-- Для успешной работы бригад наладчиков необходимо прежде всего доверие к исполнителям. Мелочная опека, многоступенчатое согласование каждого чертежа приводят к потере времени, во-первых, и к притуплению личной инициативы, во-вторых. Оценку труда наладчиков необходимо вести по конечному результату. Зачастую наиболее активные товарищи приносят в наше бюро изобретательства и рационализации свои предложения, направленные на повышение эффективности вентиляции. Порой бывает трудно сразу правильно оценить их эффективность. Действительно, ведь рационализаторское предложение -- это новинка, судить о которой можно лишь умозрительно. Но, как правило, рацпредложения наладчиков на техническом совете принимаются.
История с этим изобретением начиналась так. Работал я тогда на машиностроительном заводе. Механосборочный цех повысил производительность труда. Сам по себе факт отрадный. В цехе изготовлялись пневмотранспортеры для перекачки цемента, заменяющие труд десятков, даже сотен тысяч грузчиков. Но... одновременно с производительностью труда возросло и количество выделяемых в цех вредностей: окиси углерода, марганца и Других аэрозолей. Над рабочими местами электросварщиков стояло марево, а люди продолжали перевыполнять план.
Заместитель главного энергетика О. А. Сергиенко много лет проработал инженером на этом заводе и знал производство досконально. К нему-то и обратились наладчики за советом. Все методы по регулировке вентиляции сварочного отделения были перепробованы, производительность вентилятора доведена до максимума.
-- Попробуйте сконструировать для электросварочных постов новый, более эффективный отсос,-- посоветовал Сергиенко наладчикам.-- Покопайтесь в патентах, поэкспериментируйте. Помните, что надежно действующая панель для вентиляции сварочных постов нужна всем предприятиям нашего министерства. И, вообще, давайте добиваться того, чтобы наш завод превратился в образцовое предприятие по состоянию воздушной среды на рабочих местах. Тресту такая задача оказалась по плечу.
Поисковые работы в Государственной научно-технической патентной библиотеке на первых порах не дали ничего. Среди описаний изобретений встречались наклонные зонты с решетками из уголкового железа, нижние, спрятанные под полом системы отсосов, эжекторы, прикрепляемые к свариваемой детали. Мои блокноты, которые я взял с собой в библиотеку, заполнились набором вентиляционных устройств. Но однажды в очередной визит в библиотеку в моих руках оказалось описание местного отсоса "Торнадо", разработанного в США. Все устройство было не больше суповой тарелки и закреплялось на электрододержателе. Наутро показали чертеж главному энергетику.
-- Нет, ребята,-- печально заметил он,-- это дело не пойдет. Сварщиков раздражают каждые лишние граммы, которые прибавляются к весу электрододержателей. А тут шланг для сжатого воздуха, улитка. Вообще-то, идея использования вихря хороша, но нужно сделать так, чтобы сам вихрь действовал где-нибудь в стороне, не утяжеляя инструмента.
Вечером по радио передавали концерт из произведений Чайковского:
Растворил я окно,-- стало грустно невмочь,
Опустился пред ним на колени,
И в лицо мне пахнула весенняя ночь
Благовонным дыханьем сирени.
"Интересно,--думаю,--почему человек опустился на колени перед окном? У окна удобней стоять, можно сесть на подоконник. В чем же секрет? Может быть, все дело в законах вентиляции?" Открытый проем окна не может весь работать на приток или на вытяжку. И в том и в другом случае в комнате скоро наступит равновесие воздушной среды. Давление воздуха в комнате или повысится до такой величины, когда дальнейший приток воздуха прекратится или, наоборот, снизится настолько, что его станет невозможно отсасывать. Но ведь с незапамятных времен люди проветривали помещения через окна, и форточки. Как распределяется в комнате температура? Естественно, теплый воздух скапливается вверху. Открыли окна -- теплый воздух из-под потолка, как более легкий, потянулся на улицу. В помещении создалось разрежение. Следовательно, с улицы начнется приток свежего воздуха. И поступать Он будет через нижнюю часть оконного проема. Итак, единственно правильное положение, при котором человек вдыхает максимум аромата сирени,-- это коленопреклоненная поза...
Видимо, по этому же принципу должна работать и система вентиляции на посту электросварщика? Горячие газы, как более легкие, начнут подниматься вверх. При этом возникнет восходящий ток. Для возмещения его снизу начнется подсос окружающего воздуха. Поскольку поблизости цветущей сирени не предвидится, взамен нее подсосутся успевшая остыть сварочная аэрозоль и окись углерода, попросту -- угарный газ. Чем ниже сварщик склоняется над свариваемой деталью, тем больше вероятности попадания под щиток вредностей. А в отсосе "Торнадо" работает вихрь. Прямо от электросварочной дуги, как воронка в ванне, поток аэрозолей устремляется в улитку. Вот если бы заставить такой вихрь работать не в электрододержателе, а под зонтом электросварочного поста...
Отдаленно в