Институт Инновационного Проектирования | Укрощение противогазового монстра, Э. Каган (Израиль)
 
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
           

Укрощение противогазового монстра, Э. Каган (Израиль)

 

Укрощение противогазового монстра, Э. Каган (Израиль)

Автору этих строк довелось быть причастным к решению одной из задач из всего комплекса технологических проблем для проектируемого химического завода. И это была весьма не простая и нервная "операция". В ней участвовали члены сборной команды тризовцев г. Волгограда (под рук. Э. Кагана). Команда была создана после успешной учебы всех ее потенциальных членов на пятидневном семинаре по ТРИЗ + ФСА, проведенного в январе 1995 г. в Волгограде специалистами Центра Изобретающих машин из Санкт-Петербурга (Ю.И. Федосовым и А.Л. Любомирским). Семинар позволил вывести примерно на один уровень тризного мастерства всех призванных в сборную, имеющих тризное образование, полученное в разные в прошлом годы. Сразу по окончании семинара Команда жаждала конкретной работы, был разработан рекламный листок, в котором без обиняков было отмечено, что мы можем решать проблемы, задачи в любых областях техники, т.к. владеем первоклассной теорией и вооружены могучим средством поддержки творческого процесса - компьютерной программой "Изобретающая машина" (ИМ-5.1). И, хотя распространение рекламы наших возможностей было весьма ограниченным (на это просто не было средств), потенциальный заказчик был найден. Мы были приглашены главным инженером крупного проектного института, специализирующегося в разработке проектов химических производств.

Первое знакомство с проблемой

Не без волнения мы переступали порог кабинета главного инженера института "ГИПРОСИНТЕЗ" (в дальнейшем - ГПС). Ведь одно дело участвовать в семинарах по ТРИЗ, решать безответственные учебные задачи, рекламировать себя…
Но совсем не просто принять реальную задачу от реального заказчика, в штате которого куча специалистов, и ответственно пообещать найти решение. В своих возможностях надо было быть уверенным на 100 процентов. Отступать было не возможно, амбициозную рекламу следовало оправдать.
Проблема заключалась в следующем. В тот год институт "ГПС" получил госзадание на проектирование химического завода. Само по себе проектирование какого-то химического производства для "ГПС" на представляло затруднений. Вдохновляло и то, что в проекте завода и его строительстве были заинтересованы иностранцы, с их стороны ожидалась денежная помощь. Но была одна заковыка, не дававшая покоя проектировщикам. Во всех цехах завода и прочих помещениях помимо боксов со спецтехнологическим оборудованием воздух будет неизбежно загрязнен вредным агентом, неким газом, который далее будет обозначаться "ЮЛ". И, хотя концентрация ЮЛ в атмосфере цехов предполагалась малой (от 0,001 до 0,1 грамм/куб.метр), выпускать этот воздух в окружающее пространство было недопустимо. Поэтому предусматривалось постоянное нагнетание свежего воздуха в помещения завода извне и прокачивание через специальные фильтры загрязненного воздуха с выходом очищенного наружу. И самым проблемным звеном в этой цепи оказалась конструкция фильтра. В традициях проектировщиков всех мастей стремление всегда использовать свои прежние разработки или заимствовать их у родственных предприятий. Но на этот раз в своем архиве ничего не нашли. За основу конструкции фильтра решено было взять разработку родственного института в Новосибирске. Однако тот фильтр предназначался для совсем другого газа, но это не смутило наших проектировщиков, конструкторское решение могло быть по аналогии использовано. Известная таким образом конструкция представляла собой ящик - параллелепипед, затянутый с двух сторон металлическими сетками, между которыми находится засыпка из гранул поглотителя (из окиси алюминия AL2О3). (см. рис.1).

Увы, применительно к ЮЛ гранулы окиси алюминия не годились. По техническому заданию необходимо было использовать только гранулы активированного угля, как в противогазе. При этом, строго ограничивалась скорость потока загрязненного воздуха через фильтр - всего 3 метра/сек. Толщина фильтра должна быть не менее 30 см. Действовало еще одно суровое правило для такого рода производств: ежечасно необходимо прокачивать через фильтр, обновлять весь объем воздуха помещения, десятикратно. С учетом этих условий и ограничений, проектировщики подсчитали, что нужные фильтры должны будут иметь площади (проницаемых стенок) от 15 до 30 квадратных метров. Вырисовывались этакие фильтры-монстры, что повергли в шок проектировщиков. Ведь одно из главных требований к подобному фильтру - 100%-ная надежность. И хотя за каждым фильтром на выходе предусматривалась установка газоанализатора для контроля проскока вредного агента наружу, допускать проскок было нельзя. На случай проскока каждый канал с фильтром дублировался и аварийный сразу перекрывался. Восстановление фильтра обеспечивалось полной заменой всей засыпки гранул активированного угля, ибо место утечки на площади 30 кв. метров не предсказуемо и не поддается обнаружению. А каково менять засыпку, масса которой порядка 4-х тонн? Правда, огромный фильтр предполагалось собирать из небольших ячеек, но это не облегчало проблему.

Анализ проблемы, выявление возможных задач, уточнение ограничений.

Проблема выглядела устрашающе и могла вызвать смятение у любых разработчиков, и мы тоже не были в восторге от того, что получили. Более того, на наш вопрос о возможности использовать иные способы фильтрации, без активированного угля, последовало категоричное НЕТ! Использовать надо только активированный уголь, как достаточно проверенное средство. Нас безаппеляционно загоняли в тупик, выход из которого предстояло найти. И в первую очередь необходимо было добыть как можно больше информации о проблеме от самих задачедателей. Однако специалисты проектного института, где "первую скрипку" играл пресловутый 1 отдел, не очень-то жаждали отвечать на наши вопросы, некоторые из которых воспринимались ими как нелепые, дурацкие. Нас не воспринимали как специалистов. В этой ситуации мы провели "разведку боем", специалистам был предложен-подброшен вариант решения заведомо не приемлемый, но более или менее удобоваримый. Спецы обрушили на него шквал критики, но тут-то мы и получили целый ряд ответов на наши вопросы. Удалось выяснить основные недостатки конструкции новосибирского фильтра. В среднем такие фильтры имели размеры проницаемых стенок 1х2 м (т.е. всего - 2 кв. метра) при той же толщине - 30 см, и устанавливались вертикально, так было удобно для включения в вентиляционную систему. В процессе работы через фильтр прокачиваются значительные объемы загрязненного воздуха, в результате чего засыпка из гранул подвергается выветриванию, эррозии и постепенному осаждению под собственным весом, что ведет к образованию свободных каналов между гранулами, в которые устремляется прокачиваемый воздух. Так возникает проскок. Время жизни фильтра до проскока непредсказуемо.
К сожалению, не удалось выяснить причину ограничения скорости воздушно-газового потока к фильтру - 3м/сек. Видимо это тоже было связано с выветриванием и т.п. явлениями. "Отловили" мы и весьма важное свойство фильтра как такового: чем выше концентрация вредного агента в потоке, тем лучше идет его адсорбция в гранулах, т.е. лучше работает фильтр. Но причину такого кажущегося противоречия нам не соизволили объяснить. Ну, а самым главным виновником огромных площадей фильтров являлся, оказывается СНИП (сборник норм и правил в строительстве), требующий прокачки 10-кратных объемов кубатуры помещений. Как известно расход прямо пропорционален площади сечения канала- S - и скорости потока - U: Р=SU(1)
Обеспечить требуемый режим расхода при предельной U=3 м/сек можно только за счет чрезмерно большой площади проницаемой стенки фильтра - S.
Запросили мы на всякий случай и молекулярный вес нашего газа. Оказалось. что он больше 200  а.е.м.
К слову сказать этот запрос был оценен специалистами института как совсем "дурацкий", о чем мне поведал самолично гл. инженер. Я объяснил, что эти сведения нам нужны, чтобы иметь полное представление об объекте и пока мы совсем не ведали о возможности использования такой информации. Такого рода сведения мы отнесли к категории "информационного ресурса", который может сработать или не сработать, но игнорировать его нельзя.
Под занавес информационного этапа нашей работы я попросил главного инженера "ГПС" дать хоть какую-нибудь информацию об аналогах и, в частности о том, чем располагают иностранцы, заинтересованные в этом проекте. В этом мне было отказано, но обосновано тем, что такая информация только свяжет нам руки, точнее - мозги, дескать, мы будем в плену аналогов, а нужен прорыв… Оказывается, несмотря на наши "дурацкие" вопросы, гл. инженер надеялся на нас. И в конце беседы он все-таки на несколько секунд достал из стола фото американского фильтра. Эти несколько секунд я впивался глазами в фотографию и постарался четко запомнить крупный план и детали. Домашний анализ показал, что "братья по оружию" находятся на том же уровне и дальше монстров не продвинулись. Вот почему с такой неохотой делился этой информацией гл. инженер. Искать пути прорыва предстояло нам.

ТВОРЧЕСКИЙ ЭТАП

Главным препятствием на нашем пути была формула 1, (Р=SU), "формула тупика", как мы ее окрестили, или более наглядно: S=P:U. Чтобы уменьшить S, надо либо уменьшить расход (Р), либо увеличить скорость потока (U) . Но ни то, ни другое недопустимо по условиям. А для выхода на "прорывное" направление поисков необходимо было отрешиться на какое-то время от тупиковой формулы.
Мы начали с глубокого проникновения в сущность процессов взаимодействия потока загрязненного воздуха с гранулами активированного угля. Каждая гранула - пористая структура с размерами пор от 1,5 до 100 Нм в поперечнике с поверхностью достигающей 400 кв. метров на каждом грамме вещества, а это - сотни метров капилярных каналов. При прохождении загрязненного воздуха через толщу фильтра частицы газа адсорбируются на стенках каналов. Адсорбция происходит под действием не скомпенсированных сил межмолекулярного взаимодействия в поверхностном слое адсорбента (таковым являются гранулы), что вызывает притяжение молекул адсорбата (таковым является улавливаемый газ). Но при этом гранулы находятся в состоянии свободной засыпки, т.е. имеют возможность смещаться относительно друг друга, а между ними имеются пустоты, заполненные пылью от самих гранул. Прокачиваемый через фильтр воздух "в поисках выхода" попадает и в эти пустоты и способствует смещению гранул, как-бы раздувает их, создавая эффект выветривания. Поток воздуха ответственен и за эррозию, т.е. разрушение гранул, выдувая пыль и создавая новую пыль от трения гранул при смещении. Таким образом, вырисовывается механизм образования канала для проскока загрязненного воздуха через фильтр. По мере смещения гранул, их осадки и эррозии возможно локальное расширение пустот между ними и их способность соединиться в сквозной канал. А так как концентрация вредного газа в потоке очень мала (максимум 0,1 Г/куб.метр), то получается, что через фильтр непрерывно прокачиваются большие объемы воздуха, который работает только на разрушение фильтра! Сразу стало ясно почему фильтр работает лучше при более высокой концентрации газа - в потоке меньше разрушительного воздуха. Это свойство фильтра перестало быть загадкой.
Поэтому, абстрагируясь от действительности, можно предположить пути создания условий, предотвращающих разрушение фильтра:
а) снизить долю воздуха в потоке к фильтру;
б)увеличить концентрацию улавливаемного газа.
Но, возвращаясь к действительности, отмечаем, что ни то, ни другое не выполнимо! Пока.
Тем не менее, вышеназванные условия подводят к формулированию МИНИ-задачи по АРИЗ-85в (которую получают из ситуации, вводя ограничения: "…все остается без изменений или упрощается, но при этом исчезает вредное действие (свойство)…")
Далее так и действуем по шагам АРИЗа.
1.1.Техническая система (ТС) для отлавливания газа (в дальнейшем воспользуемся сокращением - ЮЛ) из атмосферы цехов включает воздушно-газовый поток (создаваемый вентилятором) и фильтр из гранул активированного угля (АУ).
ТП-1: Воздушно-газовый поток содержит избыточно много воздуха и хорошо переносит ЮЛ из цеха к фильтру, но при прохождении через фильтр избыток воздуха действует разрушительно, снижает надежность фильтра.
ТП-2: Улучшение надежности фильтра за счет значительного сокращения доли воздуха в потоке приведет к ослаблению потока, в результате которого поток ЮЛ не сможет достигать фильтра; Снижение объема воздуха не допустимо и по технологическим требованиям.
Необходимо при минимальных изменениях в системе предотвратить разрушительное действие воздуха без ослабления потока ЮЛ к фильтру.
1.2. Выделим элементы ТС, являющиеся участниками конфликта.
Примечание 1 (от автора): Рекомендация АРИЗ-85в на 1.2. "выделить и записать конфликтующую пару элементов…", методически недостаточно обоснованна, ибо в конфликте может участвовать больше 2-х элементов. Так, даже в типовых графических схемах конфликтов, что приведены в приложениях к тексту АРИЗ-85в, такие варианты имеются.
В данном случае участников конфликта - 3, из которых
ИНСТРУМЕНТОВ два:
1) Воздух как носитель ЮЛ  и
2) Гранулы фильтра - поглотитель ЮЛ ИЗДЕЛИЕ: ЮЛ
Воздух хорошо переносит ЮЛ, не мешает гранулам поглощать ЮЛ, но разрушает структуру фильтра.
1.3. Выбираем типовую графическую схему конфликта.(См. Рис.2 а) и б))

ТП1: Полезное действие воздуха (А) на ЮЛ (Б)в потоке (функция носителя) является одновременно вредным и разрушительным для фильтра (В)
Т.е. много воздуха отлично переносит ЮЛ, но портит фильтр.
ТП2: Мало воздуха: нет разрушения, но нет и переноса ЮЛ.
1.4. Для дальнейшего анализа выбираем ТП2, как схему, отражающую наилучшее выполнение Главного Производственного Процесса (ГПП), суть которого - поглощение ЮЛ в фильтре, не подвергающемуся разрушению проходным воздухом.
1.5. Усиливаем конфликт, принимаем предельное состояние инструмента вместо "мало воздуха" - " нет воздуха" и по классической аризной трактовке (см., например многократно разобранные, ставшие учебными, задачи об "отсутствующем молниеотводе" или "отсутствующей крышке" на ковше со шлаком) нашему инструменту придаем образ "отсутствующий" воздух (в дальнейшем примем сокращение - ОВ).
ТОГДА
1.6. Модель задачи принимает вид: даны ОВ, фильтр и ЮЛ. "отсутствующий воздух" (ОВ) не разрушает структуру фильтра, но и не обеспечивает доставку ЮЛ к фильтру.
Необходимо найти такой Х-элемент, который, сохраняя способность ОВ не разрушать фильтр, обеспечил бы доставку ЮЛ к фильтру.
1.7. Применение стандартов.
Если принят образ "отсутствующего" воздуха, то исходная вепольная схема есть неполный ВЕПОЛЬ, требующий достройки (См. Рис.3)

Где: В1 - ЮЛ; В2 - гранулы фильтра
Задача, таким образом, сводится к поиску подходящего Пх для управления движением вещества (ЮЛ), не обладающего ни магнитными, ни электростатическими свойствами. Можно использовать только дармовые поля внешней среды, например гравитационное.
Но как? Пока совсем не ясно.
Другой вариант: примерим стандарт 1.1.6. "…если нужен минимальный режим действия (отсутствующий воздух), а использовать его по условиям трудно или невозможно, надо использовать максимальный режим, а избыток убрать. (См. Рис.4)



При этом избыток вещества убирают полем.
Снова возник из небытия избыток воздуха. По рекомендации стандарта предлагается использовать избыток воздуха, для переноса ЮЛ, а затем убрать его полем Пх. А это явно не стыкуется с выбранным на 1.4. видом конфликта (См. ТП2), суть которого базируется на образе "ОТСУТСТВУЮЩИЙ ВОЗДУХ". В этом направлении дальнейший анализ теряет смысл. Увы, выбор ТП 2, на старте анализа, хоть и обоснован по АРИЗу, оказался, мягко говоря, непродуктивным. (Это мы проверили, пытаясь безуспешно, выйти на хоть какую-нибудь идею). В чем же дело? Разобрались мы не сразу, но выявились интересные вещи.
Во первых, красивый методический прием с выбором "отсутствующего элемента" (на примере "отсутствующего молниеотвода" и др. подобных) толкает нас не куда-нибудь, а на поиск решения … МАКСИ-ЗАДАЧИ! В этом случае вся описанная в условиях технология очистки воздуха, но без воздуха (невольная тавтология), отменяется. Ничего другого не остается, как поместить весь завод в безвоздушное пространство… . Вот такой получился парадокс: сформулировали МИНИ-, а получили МАКСИ-ЗАДАЧУ. Такая же ситуация имеет место и в хрестоматийной задаче о молниеотводе, но ни в одной публикации, включающей разбор этой задачи, об этом парадоксе нет и речи.
Во-вторых, вернемся к шагу 1.4 АРИЗа. Рекомендация АРИЗа в том, что при выборе следует ориентироваться на наилучшее выполнение Главного Производственного Процесса (ГПП)возможно необходима, но как выяснилось на реальной задаче - не достаточна. И все дело в том, что ГПП может включать в себя несколько операций и за наилучшее выполнение может быть ответственна одна из них, даже вспомогательная. Более того, выбор затрудняется до невозможности, если полезное действие оно же одновременно и вредное. Как в нашем случае: полезно действие воздуха как носителя ЮЛ и вредно для целостности структуры фильтра, разрушительно. Как же выбирать?
В нашей ситуации когда имеет место сопряженные полезное и вредное действие, выбор направления поисков из двух вариантов ТП1 или ТП2 делать не надо.
Выход из такой ситуации может быть простым - решать следует обе задачи (ТП1 и ТП2), и выбирать лучшее решение. Но, если одна из задач имеет вид МАКСИ, следует отдать предпочтение второй.
Так мы и поступили.

Анализ задачи в соответствии с ТП1

1.8. Принимаем состояние инструмента в виде: "поток большого объема воздуха" (БОВ)
1.9. Усиление конфликта не требуется, ибо избыток воздуха в потоке и так порождает сильный конфликт.
1.10. Модель задачи: Даны БОВ, фильтр и ЮЛ. Поток БОВ обеспечивает доставку ЮЛ к фильтру но при этом портит фильтр изнутри. Необходимо найти такой Х-элемент, который, сохраняя способность потока БОВ доставлять ЮЛ к фильтру, не допускает разрушение БОВом фильтра.
1.11. Применение стандартов.
В данной ситуации наиболее близок Стандарт 1.2.2. "…если между двумя веществами в веполе возникают сопряженные полезное и вредное действия, причем непосредственное соприкосновение веществ сохранять не обязательно, а использование посторонних веществ нецелесообразно, задачу решают введением между двумя веществами третьего являющегося их видоизменением…" В частности вещество В3 может быть ПУСТОТОЙ . Или по Ст. 1.2.4. "… задачу решают переходом к двойному веполю, в котором полезное действие остается за полем П1, а нейтрализацию вредного осуществляют полем П2, специально введенным…" (См. Рис 5)



В частности поле П2 также может быть ПУСТОТОЙ.
Примечание 3: На этом шаге возникло понимание в каком направлении следует вести поиск идеи решения: воздух и ЮЛ необходимо разделить в потоке до фильтра!
Но, продолжим наши действия по АРИЗу.

2 ЧАСТЬ. Анализ модели задачи

2.1., 2.2. Определяем Оперативную зону (ОЗ) и Оперативное время.
Принимаем в качестве ОЗ - небольшое пространство по обе стороны от линии раздела - от проницаемой стенки-сетки фильтра (См. Рис. 6).



Оперативное время - время нахождения воздушно-газового потока в оперативной зоне.
2.3. Составим список вещественно-полевых ресурсов (ВПР).
2.3.1. Внутрисимстемные, а) ВПР инструментов: избыток воздуха имеет напор, давление, скорость. Может занимать объем любой формы.
Гранулы АУ (второй инструмент)обладают сыпучестью, пористостью, полем адсорбции на микроуровне.
Б) ВПР изделия - частиц ЮЛ. Они находятся в потоке с воздухом, обладают массой и кинетической энергией, занимают определенный объем.
Сюда же следует отнести и так называемые информационные ресурсы, один из них уже отмечен ранее (молек. вес газа превышает 200 а.е.м.). Кроме того может возникнуть потребность в информации о процессе физической адсорбции, как явления (тоже отмечено ранее). Следует добавить, что в случае пористого адсорбента имеет место и КАПИЛЯРНАЯ КОНДЕНСАЦИЯ в микропорах. Это явление увеличивает поглощение, происходит сжижение газа в узких порах и впитывание его капилярами в гранулах (См. Большой энциклопедический словарь ХИМИЯ. Изд. "Большая Российская энциклопедия". Москва. 1998 г.)
2.3.2. Внешнесистемные ресурсы не просматриваются

3 Часть. Определение ИКР и ФП.

3.1. ИКР-1: Х-элемент (абсолютно не усложняя систему и не вызывая вредных явлений) предотвращает проникновение БОВ в фильтр, не мешая потоку ЮЛ туда входить. Предотвратить разрушение фильтра проще всего, это - не допускать туда поток воздуха, да еще в избытке.
Примечание 4. Выражение в скобках - эти "заклинания", содержащие много слов, только запутывают анализ, ибо нацелены на пока еще неизвестный Х-элемент, о сложности которого пока еще ничего неизвестно.
3.2. Далее следует сформулировать усиленный ИКР, а Х-элемент должен обрести какую-то плоть. Необходимо использовать ВПР, имеющийся в оперативной зоне. Кроме воздуха с ЮЛ там ничего нет. Возможно это должна быть ПУСТОТА, как подсказали стандарты. Иными словами: ПУСТОТА или Поле, создающее отсасывающее действие на воздух, оттягивает БОВ на себя в оперативной зоне не мешая потоку ЮЛ.
3.3. ФП на макроуровне: оперативная зона должна быть связана с пустотой (отсасывающим полевым воздействием), чтобы оттягивать БОВ и не должна быть связана с ней, чтобы не оттягивать туда же ЮЛ.
Или: Отсасывающее воздействие поля в оперативной зоне должно действовать только на БОВ и не должно восприниматься ЮЛ.
3.4. ФП на микроуровне: В оперативной зоне должны быть частицы ЮЛ, не поддающиеся отсасывающему действию поля пустоты и должны быть частицы БОВ, поддающиеся этому воздействию.
3.5. ИКР - 2: оперативная зона в течение оперативного времени должна сама менять состояние входящего в нее потока, чтобы обеспечивать "сопротивление" движущихся частиц ЮЛ отсасывающему воздействию и не создавать такого сопротивления частицам БОВ.
Далее просматривается выход на идею решения.
Изменить состояние газовоздушного потока на каком-то участке возможно, увеличив его скорость. Но над нами висит дамокловым мечом запрет на увеличение скорости потока. Тем не менее, мы пока еще "работаем" с потоком на участке перед фильтром и, таким образом, запрет пока не нарушен. Обратимся к информационным ресурсам. Частицы газа ЮЛ намного тяжелее частиц воздуха, молекулярный вес которого в среднем =28,966 а.е.м., что примерно в 7 раз легче улавливаемого газа. Поэтому, если ускорить поток до такой величины, при которой силы инерции потока ЮЛ будут превосходить отсасывающее воздействие ПУСТОТЫ, но ПУСТОТА заберет воздух, станет возможным разделение потоков ЮЛ и воздуха до фильтра и удаление воздуха от главного направления движения (к фильтру).
Изменить состояние воздуха можно и иным путем - направить его по кругу и ускорить. В этом случае управляющим фактором для отделения ЮЛ от воздуха будет центробежная сила (дополнительная составляющая Х - элемента).
Такого рода устройства широко известны в вентиляционной технике, это ЦИКЛОНЫ - устройства для очистки воздуха от пыли. Имеется огромное количество различных конструкций циклонов. Принцип действия циклона весьма привлекателен для решения нашей проблемы (см. Рис 7а).
Запыленный воздух подводится в верхнюю цилиндрическую часть по касательной через боковой патрубок. Далее поток движется по спирали, опускается до дна конусной части, затем, продолжая то же спиралеобразное движение очищенный воздух выходит из циклона через внутреннюю трубу. Частички пыли, участвуя во вращательном движении, по инерции сносятся к стенке, достигают низа конуса и удаляются через патрубок в нижней части.
Важная особенность в работе циклона, связана с тем, что по оси циклона, особенно в нижней части, обычно наблюдается разряжение (очень нужная нам пустота), достигающее в конических циклонах больших значений.
С небольшой доработкой в конусной части циклона его принцип действия можно использовать и для очистки воздуха от ЮЛ, тем более, что он в 7 раз тяжелее. Для этого конусную часть корпуса циклона следует выполнить в виде ящика-фильтра с гранулами АУ (см. Рис. 7б).



В этом варианте вредная компонента потока будет как-бы размазана по конической стенке, будет проникать сквозь нее к гранулам и поглощаться ими. Этому будет способствовать и отсос с обратной стороны фильтра за счет того самого разряжения по оси циклона.
Естественно, что данное предложение требует серьезной практической проработки, ведь коэфициент очистки циклонами запыленного воздуха по справочным данным - 90%, и это считается высоким уровнем. Нас же может устроить коэфициент максимально приближенный к 100%. И в циклоне с фильтром для ЮЛ такое возможно, т.к. газ не будет скапливаться на дне циклона, а практически весь должен будет проникать в фильтр.
Идея использования центробежных сил не ограничивается применением принципа действия циклона. Был предложен и иной вариант технического решения. (см. Рис.8).



Принцип действия этого устройства предусматривает прохождение потока по спиралеобразному трубопроводу, в котором за счет центробежных сил поток отделяемого газа концентрируется у стенки трубы, а на финишном отрезке спирали (участок MN) труба жестко (конструктивно) разделена на две ветви. Одна из них - внутренняя (более емкая) будет содержать весь избыток воздуха без ЮЛ, а внешняя, тонкая будет каналом преимущественно для потока ЮЛ с незначительной долей воздуха. Спиральный трубопровод заканчивается выходом в камеру поглощения ЮЛ. При этом, ветвь для воздуха проходит изолированно напрямую в зону отсоса, а напротив выхода тонкой ветви в камере установлен фильтр с гранулами. В этом месте поток ЮЛ содержит минимальную долю воздуха, вылетает по касательной к витку спирали в направлении к фильтру. Фильтр выполняет свою функцию отлично т.к. концентрация ЮЛ в этой части потока велика, а остатки воздуха, прошедшего сквозь фильтр уносятся в зону отсоса.
А теперь разберемся с запретом на увеличение скорости потока. Запрет был связан с разрушительным действием воздуха проходящего через фильтр. Но коль скоро воздух допускается в фильтр в незначительном количестве, теряет смысл и этот суровый запрет. Единственное, что может создать предел в увеличении скорости потока это, - скорость физической адсорбции в гранулах фильтра.
Привлекая снова информационный ресурс из большого энциклопедического словаря "ХИМИЯ", выяснили, что ВРЕМЯ физической адсобции активированным углем составляет не более 0,000001 сек для одной молекулы адсорбата. (об этом даже не ведали наши задачедатели).
Это значит, что предел увеличения скорости в нашем случае достаточно велик. Более того, и толщина фильтра может быть существенно уменьшена.
Что же касается размера фильтра по площади, то она может быть уменьшена в десятки и более раз, потому-что, выделив поток к фильтру преимущественно частиц ЮЛ, мы уменьшили объем потока, ведь концентрация ЮЛ перед отделением составляет не более 0,1 грамма на кубометр воздуха. (К сведению: 1 кубометр воздуха весит в среднем 1,29 кг)
Таким образом, пресловутая "формула тупика": P=VS может, как говориться, отдыхать! Мы нашли возможность ее преодолеть. Сама формула конечно остается в силе - это закон, но мы теперь имеем возможность существенно менять величины входящих в нее параметров и, соответственно, размеры фильтров. Следует отметить еще один нюанс, продиктованный найденным решением. Воздух, очищенный по такому способу следует направлять обратно в цех, обеспечивая выполнение требования десятикратного обновления объема помещения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В заключение, с чувством удовлетворения хочу отметить, что сборная команда тризовцев Волгограда на этой задаче получила боевое крещение и успешно преодолела ряд препятствий в творческом плане. Очень важно, что это была реальная практическая задача, поставленная задачедателем в тупиковой форме. В процессе анализа тупики возникали и по нашей "инициативе", особенно при выборе варианта схемы конфликта.
На наш взгляд императив (безусловное требование) АРИЗа: выбирать с учетом наилучшего выполнения ГПП, на этих шагах не всегда срабатывает на пользу решающему. Поэтому и к самому АРИЗу пришлось подойти творчески. Развилка в анализе (выбор ТП) - очень важный ход, требующий всестороннего обоснования. Наш вариант такого обоснования приведен выше. Могут быть и иные варианты, которые потребуются при решении других практических задач.
Более суров императив АРИЗа в формуле ИКР, в утверждении: "…абсолютно не усложняя систему…", которым отвергается любая коструктивная идея, ибо "…абсолютно не…" - значит ничего не меняя в системе. Такому Абсолюту будет отвечать Идеальное Решение, т.е. состояние: "системы нет, а ее функция выполняется". Но это теоретически. Практически же путь к идеалу обеспечивается последовательным приближением цепочки решений, а Абсолют служит критерием оценки. В нашем случае (реальной задачи), если не менять систему, значит не решать задачу! Поэтому мы для себя постановили, что, если будет найдена решающая идея, т.е. удасться уменьшить размеры фильтра и предотвратить его разрушение (а это главные цели), МЫ ЗА ЦЕНОЙ НЕ ПОСТОИМ! И, если найденное решение окажется сложным, то последует постановка задачи на упрощение. Владея ТРИЗ и ФСА, это выполнимо.
Э. Каган.
Февраль 2005г.


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 – 687 голосов


Главная » Это интересно » Наука и техника » Укрощение противогазового монстра, Э. Каган (Израиль)
© 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