Институт Инновационного Проектирования | М. С. Померанц МАГИЯ МАГНИТНЫХ ЖИДКОСТЕЙ
 
Гл
Пс
Кс
 
Изобретателями не рождаются, ими становятся
МЕНЮ
 
   
ВХОД
 
Пароль
ОПРОС
 
 
    Слышали ли Вы о ТРИЗ?

    Хотел бы изучить.:
    Нет, не слышал.:
    ТРИЗ умер...:
    Я изучаю ТРИЗ.:
    Я изучил, изучаю и применяю ТРИЗ для решения задач.:

 
ПОИСК
 
 



 


Все системы оплаты на сайте








ИННОВАЦИОННОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
сертификация инноваторов
инновационные технологии
БИБЛИОТЕКА ИЗОБРЕТАТЕЛЯ
Это интересно
ПРОДУКЦИЯ
 

 


Инновационное
обучение

Об авторе

Отзывы
участников

Программа
обучения

Вопрос
Ю.Саламатову

Поступить на обучение

Общественное
объединение



Молодому инноватору

FAQ
 

Сертификация
специалистов

Примеры заданий

Заявка на
сертификацию

Аттестационная
комиссия

Список
аттестованных
инноваторов

Инновационное
проектирование

О компании

Клиенты

Образцы проектов

Заявка
на проект

Семинары

Экспертиза проектов

   

Книги и статьи Ю.Саламатова

Теория Решения Изобретательских Задач

Развитие Творческого Воображения

ТРИЗ в нетехнических областях

Инновации 
в жизни науке и технике

Книги по теории творчества

Архивариус РТВ-ТРИЗ-ФСА

Научная Фантастика
 
 
Статьи о патентовани
   

Наука и Техника

Политика

Экономика

Изобретательские блоги 

Юмор 
 
Полигон задач

ТРИЗ в виртуальном мире
медиатехнологий
       

Книги для
инноваторов

CD/DVD видеокурсы для инноваторов

Програмное обеспечение
инноваторов

Покупка
товаров

Отзывы о
товарах
           

М. С. Померанц МАГИЯ МАГНИТНЫХ ЖИДКОСТЕЙ

 

1. Введение

1.1. Лет сорок назад появился фантастический роман Э. Гамильтона «Звездные короли», положивший начало жанру «космической оперы» — невероятным приключениям в звездных мирах, бесчисленным погоням, перестрелкам и т. д. Пожалуй, «космическая опера» — самое ненаучное в научной фантастике. Но вот парадокс: иногда вымысел, кажущийся совершенно произвольным, приобретает черты точного научно-технического предвидения.

 После множества приключений герои «Звездных королей» совершают вынужденную посадку на зловещей (а как же иначе?) планете в системе Медного Солнца. Рядом с разбитым звездным крейсером (в «космических операх» на простых кораблях не летают), среди скал, тускло освещенных лучами Медного Солнца,— озеро с какой-то вязкой жидкостью. Потерпевшие крушение приближаются к озеру... и тут из волн выползают на берег «псевдолюди»— вроде бы жидкие, но каким-то образом не растекающиеся. Конечно же, «псевдолюди» нападают на космонавтов, стремясь увлечь их в озеро. Начинается бой, просто великолепный бой, в котором космонавты вовсю палят из бластеров. Пораженные лучевым оружием, «псевдолюди» расплываются, жидкость стекает в озеро и снова обретает форму «псевдолюдей», начинающих новую атаку...
Можно сказать — фантазия, игра воображения. Главное свойство жидкости — не иметь собственной формы, растекаться. И вполне закономерно, что воображение писателя-фантаста совершило типовую операцию инверсии: если перейти от свойства к антисвойству, возникает оригинальная идея жидкости с управляемой формой.
В романе не объяснено, на чем основаны удивительные свойства озера в далекой системе Медного Солнца. Однако лет через десять после публикации романа сообщения о подобных жидкостях появились на страницах вполне земных и серьезных научных журналов.

2. Магнитная жидкость (МЖ)— «предельный» феполь
2.1. В предыдущей статье было рассказано о феполях — технических системах, в которых магнитное поле Пм действует на ферромагнитные частицы В2, вкрапленные в среду В3, соприкасающуюся с изделием B1.

 Чаще всего В3 — твердое вещество, а частицы В2 имеют довольно крупные размеры (шарики, дробинки, крупицы порошка). Между тем, одна из основных тенденций в развитии систем состоит в увеличении степени дисперсности рабочих органов: чем меньше частицы В2 и В3, тем гибче инструмент, тем лучше он поддается управлению. Предел дробления — превращение в жидкость. Однако расплавленный ферромагнетик теряет магнитные свойства. Противоречие: магнит должен быть жидким, чтобы хорошо поддаваться управлению, и не должен быть жидким, чтобы не терять магнитных свойств. С позиций ТРИЗ подобные противоречия разрешаются стандартно: всю систему следует наделить одним свойством, а ее частицы — другим свойством, противоположным первому. Поместим мельчайшие частицы твердого магнита в жидкую среду: система будет и жидкой, и магнитной.
2.2. Итак, МЖ. — это обычная жидкость, содержащая мельчайшие частицы твердого магнитного материала (магнетик Fe2O3). Если довести размер зерен до нескольких микрометров, то осадок не выпадает неограниченно долго. Для сохранения однородности и большей устойчивости в систему вводят поверхностно-активное вещество, образующее на частицах защитный слой, препятствующий их слипанию. В качестве несущей основы МЖ применяют воду, керосин, минеральные и силиконовые масла. Феррочастицы получают механическим измельчением или в результате химических реакций. Содержание феррочастиц в современных МЖ — до 50% и более.
2.3. Будучи феполями (хотя и «предельными»), МЖ обладают всеми их свойствами и могут быть применены как обычные феполи. Прежде всего, с помощью МЖ можно управлять движением тел. Например, по а. с. 537149 МЖ размещают под эластичным дном резервуара, вращая магниты, создают волновое движение МЖ, которое через эластичное дно передается жидкости, находящейся в резервуаре. Другой пример: создание с помощью МЖ наведенной конвекции теплоносителя внутри тепловой трубы (а. с. 461283). По а. с. 523240 — смазка с феррочастицами сама подсасывается в зону между намагниченными деталями.
МЖ, в которую добавлены абразивные частицы, способна эффективно обрабатывать поверхности различных изделий. Если МЖ введена внутрь изделий, с помощью магнитного поля можно создавать механическое напряжение в изделии.
2.4. В отличие от обычных феполей МЖ, благодаря своему жидкому состоянию, более подвижны и могут быть введены в самые труднодоступные места.

3. Особые свойства МЖ

3.1. МЖ обладают рядом свойств, не типичных для простых феполей. В первую очередь следует отметить возможность управлять вязкостью МЖ. Так, по а. с. 469059 МЖ используют для демпфирования механических колебаний: подвижный элемент демпфирующего устройства окружен МЖ, вязкость которой можно регулировать в зависимости от амплитуды колебаний. В а. с. 459627 предложена магнитная передача с бесконтактным взаимодействием зубьев. Меняя величину вязкости МЖ, окружающей зубья, управляют передаточным числом. Другие примеры: а. с. 505819, 577221.
3.2. В сильных магнитных полях МЖ мгновенно твердеют. Это позволяет использовать МЖ в муфтах (патент Англии 824047) и приспособлениях для фиксации различных объектов.
Из МЖ легко готовят оправки любой формы: покрывая эти оправки тем или иным материалом, получают изделия самых причудливых форм (а. с. 497144). В США выдан патент на универсальный ключ, представляющий собой МЖ в продолговатой эластичной оболочке. Ключ вставляется в замочную скважину, затем поджимают МЖ, чтобы она приняла форму внутренней поверхности замка, и заставляют МЖ затвердеть, действуя магнитным полем.
3.3. Для герметизации зазоров в неподвижных деталях используют тот же эффект затвердевания МЖ. Пример: а. с. 438829 на «Заглушку для горловин». Если же детали подвижны относительно друг друга, как например вал и сальник, МЖ оставляют в жидком состоянии, удерживая в зазоре магнитным полем. Подобные уплотнения хорошо держат вакуум, сохраняя работоспособность даже при весьма высоких скоростях вращения вала (до 120 000 об/мин) и температурах свыше 150° С. Типичные примеры: а. с. 544808, 631726, 653470, 651159, 651160, 675248, 661182.
3.4. В неоднородном магнитном поле на погруженное в МЖ тело действует дополнительная выталкивающая сила, направленная в сторону уменьшения напряженности поля. Изменяя вертикальный градиент поля, можно управлять кажущейся плотностью МЖ. Так, по а. с. 504850 стабилизацию грунтовой выработки осуществляют, наполняя забойную камеру МЖ, кажущуюся плотность которой регулируют магнитным полем. Японская фирма «Хитачи» создала сепаратор для извлечения металлов из автомобильного лома. Действие сепаратора основано на возможности менять кажущуюся плотность МЖ, в которую погружен лом: металлы всплывают раздельно — в зависимости от своей плотности. При испытаниях сепаратор извлек из лома 84% содержащегося в нем алюминия.
Придавая МЖ плотность, среднюю между плотностями пустой породы и руды, можно добиться практически полного отделения пустой породы. Аналогично решается и проблема выявления дефектов в немагнитных изделиях, могущих иметь скрытые пустоты и инородные включения.
3.5. Тонкий слой МЖ, вполне прозрачный при отсутствии поля, становится непрозрачным после включения поля. Это позволяет создавать оптические затворы, срабатывающие за 0,01 с. Пример: а.с. 593241.
4. МЖ в задачах на обнаружение и измерение
4.1. Одного килограмма МЖ достаточно, чтобы пометить 100 т нефтепродуктов. Если грязная вода из танкера слита за борт, санитарная инспекция легко обнаруживает это, вылавливая феррочастицы. Поскольку каждая партия МЖ имеет свои особенности (например, размер частиц), нетрудно установить виновника.
4.2. Нефть, поступающая в скважину, несет частицы песка, постепенно скважина сама себя закупоривает. Чтобы восстановить пути притока нефти, производят так называемый гидравлический разрыв пласта: под давлением в сотни атмосфер в скважину закачивают жидкость, создавая сеть трещин в пласте. Возникает задача: как с поверхности определить положение трещин после гидравлического разрыва? А. с. 754347 предлагает красивое решение: в жидкость, используемую при гидроразрыве, добавляют ферромагнитные частицы. Положение трещин можно определить с поверхности с помощью магнитной съемки.
4.3. В а. с. 373669 предложен способ измерения магнитного поля путем регистрации перемещения поплавка в сосуде с МЖ. Здесь используется уже известный нам эффект изменения кажущейся плотности МЖ в зависимости от напряженности магнитного поля.

 

5. Другие магнито- и электроуправляемые жидкости
5.1. В МЖ феррочастицы взвешены в воде, керосине или масле. Возможны, однако, и другие композиции, например, с использованием расплава металла или жидкого полимера. От «классических» МЖ эти композиции отличаются более крупными феррочастицами и тем, что, затвердевая при изменении температуры, остаются в таком состоянии и после снятия магнитного поля. По заявке ФРГ 2553419 феррочастицы вводятся в припой: это позволяет удерживать припой в зазоре. В а. с. 722740 предложен способ полирования феррочастицами, взвешенными в расплаве свинца. Композицию «феррочастицы плюс полимер» используют для временного перекрытия трубопроводов (а. с. 708108).
5.2. Ближе к «классическим» МЖ так называемые электрореологические жидкости. По патенту США 3253200 такая жидкость состоит из 55% высокорафинированного белого масла, 5% глицеринового моноолеата и 40% тонкого кварцевого порошка. Смесь наливают в противень и через электроды подводят ток промышленной частоты напряжением в 500—5000 В. Под действием тока жидкость мгновенно твердеет, зажимая уложенные в противень детали. При выключении тока детали освобождаются. По а. с. 425660 в возбудителе направленных колебаний использована суспензия с вязкостью, изменяющейся в электрическом поле: в этой суспензии расположено синхронизирующее приспособление возбудителя. В а. с. 495467 предложен амортизатор транспортного средства: в качестве рабочей жидкости использована взвесь диэлектрических частиц в толуоле, вязкость регулируют электрическим полем.
6. Разбор типичной задачи
6.1. Предложите конструкцию жидкого теплохода.
Задача на первый взгляд дикая. Но теплоход — техническая система, подчиняющаяся тем же законам развития, которым подчинены и другие технические системы. Жесткий корпус судна со временем неизбежно станет гибким, способным «притираться» к водной среде: при движении такого корпуса будет расходоваться меньше энергии на волнообразование.
Четверть века назад большие надежды возлагались на покрытия «ламинфло», имитирующие кожу дельфинов: две эластичные поверхности, соединенные эластичными же столбиками, а между поверхностями демпфирующая жидкость. Буксировка моделей, обтянутых «ламинфло», показала, однако, что сопротивление воды снижается незначительно. Дельфины умеют управлять наружным рельефом своего природного «ламинфло»: меняют рельеф, не давая возникать вихрям воды. А техническое «ламинфло» не обладает способностью чувствовать наружное давление и перестраивать рельеф. Как же быть?
Ответ теперь, по-видимому, ясен. В «ламинфло» надо использовать МЖ, это позволит воспринимать изменения внешнего давления и с помощью магнитного поля перестраивать рельеф покрытия. Возможно ли это? Да, вполне. Во всяком случае, на такую конструкцию уже выдано а. с. 457629.
7. Задачи
7.1. В патенте США 3503664 описан телескоп, у которого «труба» частично помещена в жидкость, что облегчает центровку, передвижение. Могли бы Вы предложить лучшую конструкцию? В чем ее суть и каковы преимущества?
7.2. Удивительные свойства МЖ могут быть использованы и в спорте. Попробуйте найти применение МЖ в каком-нибудь спортивном снаряде, устройстве, приспособлении...
7.3. Подумайте о возможности применения МЖ для решения задач, связанных с Вашей работой.

Таблица возможных применений магнитных жидкостей

 

Разделы

Перемещение тел

2.3, 2.4, 3.4

Обработка поверхностей

2.3, 5.1

Создание напряжения в материалах

2.3

Управление положением и взаимодействием элементов технических систем

3.1, 3.2, 3.4

Соединение и разъединение деталей, их временное крепление

3.2, 5.2

Герметизация зазоров

3.3

Разделение веществ с разной плотностью

3.4

Оптические затворы

3.5

Индикация веществ

4.1

Контроль за перемещением

4.2

Преобразование энергии

6.1

 


Записаться на тренинг ТРИЗ по развитию творческого, сильного мышления от Мастера ТРИЗ Ю.Саламатова >>>

Новости RSSНовости в формате RSS

Статьи RSSСтатьи в формате RSS

Рейтинг – 512 голосов


Главная » Это интересно » Теория решений изобретательских задач (ТРИЗ) » М. С. Померанц МАГИЯ МАГНИТНЫХ ЖИДКОСТЕЙ
© Институт Инновационного Проектирования, 1989-2015, 660018, г. Красноярск,
ул. Д.Бедного, 11-10, e-mail
ysal@triz-guide.com, info@triz-guide.com
 
 

 

Хочешь найти работу? Jooble