Сегодня наступила удивительная эпоха развития строительных технологий.
Сегодня пришло время, когда почти любые – самые смелые архитектурные идеи могут быть реализованы. И основными факторами, сдерживающими воплощение в жизнь всех значимых проектов современных архитекторов, уже чаще являются не отсутствие технических возможностей для строительства большого и сложного объекта, но лишь: польза будущего сооружения (его востребованность), а так же время и цена его реализации.
Во все времена люди стремились создать и максимально расширить искусственную среду своего безопасного и комфортного обитания. А архитектура, как инструмент этих устремлений, с самого своего зарождения и на всех этапах развития всегда старалась использовать имеющиеся технические возможности и существующие эстетические воззрения в обществе для удовлетворения этих потребностей.
Всматриваясь в отдельные сегодняшние архитектурные шедевры, невольно задумываешься, а не начала ли современная архитектура во многом терять понимание своего истинного предназначения и в ущерб логике и здравому смыслу всё больше увлекаться вычурными формами проектируемых зданий, погоней за показной эффектностью и безвольным потаканием безвкусице заказчиков? А ведь так хочется верить, что устремления нашей архитектуры, в соответствие современным насущным требованиям общества и, главное, существующим техническим возможностям строительной индустрии, будут направлены на создание больших открытых и хорошо защищённых от внешней среды пространств, в которых много естественного света и комфорта.
more_horiz Читать полностью
Научно–технический прогресс является главным рычагом создания материально–технической базы будущего человечества, который возможен только на основе своевременного внедрения достижений современной науки путём использования всего арсенала средств, способствующих его ускорению.
Революционные изменения в технике, на основе обновлённых знаний, происходят в последние десятилетия столь стремительно, что часто приходится только удивляться новинкам. Творчество вечно, но, к сожалению, технические идеи часто остаются невостребованными.
Развитие гелиотехники, обусловленное стремлением использовать даровой неисчерпаемый энергоресурс – солнечное излучение – связано, в частности, с требованием уменьшения капитальных и текущих затрат на действие этого типа энергетики.
Известны многочисленные конструкции зеркальных рефлекторных устройств для усиления светового потока, подаваемого на теплоприемник, благодаря сбору лучей в фокусе на теплоприемнике. Можно указать на параболоцилиндрический гелиоконцентратор, который в последнее время начинает использоваться в ряде стран. Он представляет собой зеркальный желоб достаточной длины, в поперечном сечении является параболой, в фокусе которой монтируется теплоприемник в виде трубы различной конструкции. Этот гелиоконцентратор имеет механизм поворота его в вертикальной плоскости для слежения за высотой Солнца, продольная его ось, вдоль которой образуется цилиндрическая поверхность, устанавливается неподвижно в направлении восток-запад.
ИЗ ПИСЕМ ДЕЛОВОМУ ЧЕЛОВЕКУ
Видно, не всё в порядке в «датском королевстве» фундаментальной науки. Иначе с чего бы Российское патентное ведомство несколько лет назад решило рассматривать проекты «вечных двигателей» и даже рассмотрело несколько сотен проектов.
Деловому человеку не с руки изучать нюансы штурма «perpetuum mobile» или вникать в ожесточённые сражения на этом «поле боя». Деловой человек сказал: «Меня не интересует внешний диаметр ваших труб. Дюймовая труба должна иметь диаметр в один дюйм внутри!» — и как отрезал: с тех пор такая труба и имеет диаметр в среднем33 миллиметра. Всё правильно: «Любишь свою музыку – люби денежки платить!».
Здесь мы, однако, лишь слегка, но прикоснёмся к теме «избыточной» энергогенерации. Теплогенератор Потапова (патент России 2045715, патент Украины 7205) вроде бы противоречит законам термодинамики. Он производит тепла больше, чем потребляет его насос. На него имеется даже техусловие ТУ У 24070270. 001 – 96. Теплогенератор уже с успехом применяется и получил сотни похвальных отзывов. Несмотря на то, что в генераторе протекает фундаментально обруганный холодный ядерный синтез, деловые люди говорят: «Не моё это дело — объяснять, почему ЭТО не происходит в ваших токамаках и коллайдерах. Главное – это приносит прибыль! А объяснять – пусть учёные толкуют и рвут друг на друге рубашки и галстуки!» .
1. Без современного приборного обеспечения существовать естественным наукам, заводским и профильным аналитическим лабораториям (контроль лекарств, продуктов питания, криминалистическая экспертиза и т.д.), а также разработчикам высоких технологий на данном этапе развития нашей цивилизации, мягко говоря, весьма затруднительно. Например, многие из актуальных научных тематик развиваются сегодня недостаточно быстро, как хотелось бы, именно по этой причине – нет приличного исследовательского оборудования. Правда, данная ситуация начинает исправляться, главным образом, за счет частных производственных предприятий и совместных с иностранными фирмами белорусских предприятий различных форм собственности.
Мощность ветроэнергоустановки (ВЭУ) определяется, в основном, площадью восприятия ветрового напора и скоростью ветра. Следовательно, увеличить мощность необходимо увеличением размеров поперечного сечения воздушного потока, действующего на ветровоспринимающие органы ВЭУ, при прочих равных условиях (скорость и повторяемость ветра, механические и аэродинамические характеристики ВЭУ, место расположения и т.д.).
Размеры общепринятых лопастных ВЭУ ограничены рядом обстоятельств: прочность длинных лопастей при действии центробежных и изгибных ветровых сил, недопустимые скорости концов лопастей, ведущих к вибрациям и генерации инфразвука, сложность изготовления, монтажа, эксплуатации, ремонта как подвижных частей, так и башен, электрогенераторов, систем управления.
Особенно усложняется работа редукторов, передающих вращение оси ВЭУ на электрогенераторы, а так же установка «на ветер» при перемене его направления.
Одной из таких эффективных, на наш взгляд, технических разработок является облегченная железобетонная свая, защищенная патентом РБ № 7758 на полезную модель.
Свая (см. рис.) содержит призматический ствол 1 с заостренным пирамидальным наконечником 2 и углублениями 3 на боковой поверхности ствола 1. Углубления 3 выполнены в защитном слое бетона (обычно толщина защитного слоя бетона во избежание коррозии металла и улучшения огнестойкости изделия составляет не менее5 см) до арматуры 4 (из отдельных арматурных стержней или каркаса) на боковых гранях ствола 1 в виде продольных (вдоль ствола 1) полос 5 глубиной до2,5 смтрапецеидального поперечного сечения, равной приблизительно толщине дюймовой доски.
Полосы 5 (трапеции) ориентированы меньшими основаниями 6 вглубь бетона, большими 7 – наружу, а боковые стороны 8 – скошены наружу. Поперечные размеры больших оснований выполняют меньше размера стороны поперечного сечения ствола 1 на 4–5 см.
Облегченную железобетонную сваю изготавливают в сборно-разборной или шарнирной инвентарной опалубке, к внутренним сторонам которой заранее прикрепляют (гвоздями или шурупами) трапецеидальные (строганные со сторон и по бокам) дюймовые доски (толщиной2,5 см). Перед бетонированием конструкции внутренние поверхности опалубки и строганные доски смазывают отработанным маслом (отработкой) для исключения сцепления бетона с опалубкой, затем в опалубку устанавливается арматурный каркас или арматура (как обычно). Далее производится бетонирование конструкции ствола и последующее вибрирование бетонной смеси по известной и отработанной технологии ( в опалубке) – поверхностное, глубинное, на виброплощадке и т.д. После затвердевания бетонной смеси конструкцию распалубливают и направляют на пропарку.
Конструкция предлагаемой сваи, по сравнению с известными, обладает меньшей материалоемкостью (за счет наличия большого объема углублений), пониженной энергоемкостью погружения в грунт (за счет наличия зазора между стенками сваи и
грунтом), повышенной несущей способностью по грунту основания (за счет большего периметра поперечного сечения сваи и, соответственно, большего сцепления сваи с грунтом).Расчеты показывают снижение материалоемкости (расхода бетона) изделия на 20–25 %, энергоемкости погружения (числа ударов) – до 20 %, повышение несущей способности по грунту основания длинных свай (более8 м) – на 25–30 %.
Конструкция сваи достаточно надежна и работоспособна как при погружении в грунт, так и в процессе эксплуатации (как и обычная призматическая свай, только с большим эффектом).
Имеются еще подобные конструкции энергоэкономных и эффективных конструкций забивных свай.
Владимир Петрович ЧЕРНЮК, доцент Брестского государственного технического университета
Что же мог создать один человек триста лет назад из дерева и металла? Весь мир знает, что Карл Орфиреус пытался создать вечный двигатель первого рода. Уже в раннем детстве он интересовался законами движения планет. Тогда мальчишкой он понимал, что это и есть вечное движение. В поисках схемы вечного двигателя Карл неожиданно натолкнулся на открытие И.Кеплера. Он отчетливо понял простую истину: грузы в вечном двигателе должны перемещаться по эллипсу. Поэтому Бесслер упорно искал конструкцию, в которой грузы копировали бы траекторию движения планет. Больше всего на роль прототипа подходил вечный двигатель с откидывающимися рычагами. Но в этой конструкции был существенный недостаток, рычаги грузов ударялись об упоры.
Автор быстро решил эту проблему, располагая рычаги по периферии ротора, а грузы он стал подтягивать струнами. Карл Бесслер в своем двигателе также использовал работу двух сил. В нижней точке колеса груз стремится к периферии за счет собственного веса, а также за счет центробежной силы. Эти две силы складываются, создавая максимальное натяжение струны. В верхней точке колеса цетробежная сила сохраняет свое действие к периферии, а вес груза направлен уже к оси вращения. От веса груза вычитается центробежная сила. Если центробежная сила меньше веса груза, то груз падает к оси. Значит, в верхней точке колеса груз автоматически двигается по кривой, приближающейся к эллипсу.
Гораздо сложнее, оказалось, организовать движение груза в нижной точке. Для этого необходимо было приподнимать груз на незначительную высоту h. Здесь и проявилась главная трудность в создании вечного двигателя первого рода. Неожиданно для себя автор обнаружил, что для поднятия груза необходимо затратить работу. В то время еще не был открыт закон сохранения энергии, да и о центробежной силе Бесслер мало что знал. Он отлично понял одно свойство: если в нижней точке приподнять груз, то система становится неустойчивой. Появляется вращающий момент у колеса. В настоящий момент это явление объясняется за счет совершенной работы, а тогда автор думал совершенно иначе.
Чтобы изменить радиус вращения груза, необходимо было каким-то образом подтягивать струну к оси вращения. Этот вопрос Бесслер решил блестящим образом. Он закрепил струну на втулке, внутри которой проворачивался эксцентрик. Достаточно провернуть эксцентрик на сто восемдесят градусов и радиус вращения изменится на максимальную величину. Например, колесо вращается по часовой стрелке, а эксцентрик может проворачиваться только в одну сторону. В нижней точке эксцентрик проворачивается, уменьшая радиус вращения груза. Значит, с левой стороны грузы будут вращаться ближе к оси вращения. При переходе груза через верхнюю точку, эксцентрик провернется и займет первоначальное положение. С правой стороны грузы, которые выполнены в виде деревянных шаров, будут вращаться по удаленной траектории.
Возникает удивительная вещь, грузы движутся внутри колеса по эллипсу почти как планеты вокруг светила. Но с левой стороны колеса (по закону Архимеда) вес грузов действует на меньший рычаг, чем с правой стороны. Именно эта неуравновешенная сила и создает вращение колеса. Если изменить направление вращения колеса на противоположное, то, естественно, с правой стороны станет рычаг меньше. Это свойство совершенно независит от направления проворота эксцентрика. Бесслер был очарован найденной схемой, это именно то, что ему было нужно. Одна только загвоздка, груз необходимо поднимать в минимальной точке на высоту h, преодолевая при этом силу всемирного тяготения. О силе всемирного тяготения автор хорошо знал из трудов И.Ньютона. В то время в обществе постоянно обсуждали эту тему. Ведь именно тогда начала развиваться механика, получившая научную основу.
Для поднятия груза Бесслер решил использовать пружину, применявшуюся в больших часовых механизмах. Он отлично понимал, что это уже не вечный двигатель, потому что пружина со временем раскрутится и колесо остановится, но гравитационный двигатель был для него гораздо интереснее, чем вечный двигатель. Обидно было только за то, что научное общество совершенно не интересовалось гравитационным двигателем. Именно поэтому он держал в секрете свое открытие, выдавая его за вечный двигатель. Любая мощная пружина того времени была рассчитана на ее закручивание мускульной силой человека. Для автора этого было явно недостаточно. В колесе он установил восемь грузов, и каждый груз имел собственную пружину. Таким образом, автор увеличил мощность колеса в восемь раз.
По сути дела в колесе находилось восемь независимых механизмов, которые приводили в движение только свой груз. В каждом механизме была своя пружина, свой эксцетрик, своя постель, свой упор и своя специальная муфта, проворачивающая эксцентрик. Все эти механизмы включались по очереди, создавая щелчок внутри колеса. Это отчетливо слышали и зафиксировали в документах члены комиссии. Если колесо вращалось по часовой стрелке, то щелчки хорошо прослушивались в нижней части колеса с правой стороны, а при противоположном вращении щелчки слышались с левой стороны. Это также зафиксировано комиссией.
Пружины располагались во внутреннем корпусе, который ограничивал их максимальную раскрутку. Автору не нужна была минимальная сила пружины, которая не способна приподнять груз, к тому же пружина в этом случае занимает слишком большой объем. В этом внутреннем корпусе Бесслер спрятал весь сложный механизм, регулирующий движение груза по траектории за счет подтягивания струн. Автор показал принцу Карлу внутренний механизм колеса, располженный между двумя корпусами, при этом Бесслер тщательно скрыл то обстоятельство, что самый сложный механизм скрывается во внутреннем корпусе.
Автор очень подробно рассказал о расположении деревянных грузов на деревянных рычагах, показал траекторию их движения. Принц Карл лично убедился в том, что при вращении колеса с одной стороны грузы двигаются дальше от оси вращения, а с другой стороны ближе к оси. При изменении вращения движение грузов также изменяется. Это было хорошо видно при вращении колеса. Принцип работы колеса был понятен принцу Карлу, он ведь считался отличным знатоком механики. Более того, изобретатели других вечных двигателей также стремились к смещению грузов при вращении колеса. При более детальном изучении принц бы понял, что все здесь не так просто, но автор не дал ему достаточного времени для изучения внутреннего устройства колеса.
Изучив колесо, принц Карл понял, что изготовлено оно в основном из дерева, за исключением только оси вращения, которая была изготовлена из стали. Принц также убедился в простоте механизма и в том, что он прекрасно работает. Как заявлял Бесслер: “Любой помощник столяра может изготовить этот механизм, ознакомившись с ним в течение пяти минут”. Принц Карл только удивился, что такой простой механизм не придумали раньше. Но, не смотря на это обстоятельство, принц Карл предоставил все условия для дальнейшей работы автора. Бесслер получил то, к чему стремился. Он продолжил работу над созданием гравитационного двигателя.
Деревянное колесо (диаметром четыре метра), было установлено на двух опорах, в которые входили тонкие стальные оси диаметром 3/4 дюйма (это примерно 1,9 сантиметра). Опоры были выполнены также из дерева. Ось выступала из деревянной стойки, а с двух сторон на ней висели массивные деревянные маятники. При вращении модели маятники плавно покачивались. Естественно, посетители интересовались назначением этих явно лишних деталей. Автор объяснял любознательным посетителям, что эти маятники стабилизируют вращение колеса. Многие верили такому объяснению, некоторые сомневались в правдивости сказанного, но несомненным был тот факт, что осъ проходит через стойку и выступает наружу.
На фиг.1 изображена схема гравитационного двигателя Бесслера. В таком положении расположены рычаги с грузами, когда колесо вращается по часовой стрелке. Левые грузы находятся ближе к оси вращения, чем правые. При противоположном вращении грузы располагаются зеркально.
1 – наружный обод колеса, выполненный из дерева и пропитанный парафином, 2 – внутренний корпус колеса также выполнен из дерева, 3 – первый деревянный шар, поднятый эксцентриком на величину h (пунктиром показано его положение в нижней точке), 4, 5, 6, 7, 8, 9 и 10 – положение второго и поледующих шаров, 11 – деревянный рычаг шара, 12 – шарнир рычага, 13 – металлическая струна, удерживающая шар через пружину обода внутренней полумуфты, 14 – постель шара в прижатом положении, 15 – постель шара в поднятом положении эа счет действия пружины (каждый шар имеет собственную постель, но они на схеме не показаны, чтобы не перегружать схему дублирующими деталями), 16 – перемещение шара в нижней точке на величину h за счет проворота эксцентрика, 17 – зксцентрик, 18 – неподвижная стальная ось, жестко связанная с маятниками ( маятники на схеме не показаны), 19 – пружинная муфта, наружная полумуфта которой, жестко соединена с силовой шестерней, внутренняя полумуфта жестко соединена с эксцентриком и имеет пружину возврата ( полумуфты и пружина возврата полумуфты, а также обод полумуфты на схеме не показаны ), 20 – пружина натяжения струны, жестко закрепленная на ободе внутренней полумуфты, 21 – стальная шестерня, жестко связанная с силовой пружиной, 22 — деревянный толкатель постели, шарнирно связаный с постелью, 23 – стальная шестерня толкателя, 24 – контакт шестерни толкателя с шестерней силовой пружины, 25 — шарнир постели, 26 – внутренний ограничитель показан только для одного груза, остальные грузы также имеют ограничители.
Когда колесо не вращается, все грузы притянуты пружинами 20 к внутренним ограничителям 26. В этом положении сила притяжения пружиной минимальна и достаточно минимального вращения, чтобы все шары разошлись к периферии колеса под действием центробежной силы. В верхней части колеса шары будут опускаться к оси вращения под действием силы тяжести груза. Все восемь пружин заведены, но вращать силовые шестерни 21 они не могут. Эти силовые шестерни застопорены шестернями толкателей 23 в точке контакта 24 этих шестерен. Зубъя шестерен изготовлены так, что они заходят в прорезь между зубьями и вращение стопорится. Для того, чтобы эти шестерни вращались, необходимо увеличить межцентровое расстояние между ними.
Шар номер 10 под собственным весом и за счет центробежной силы плавно ложится в постель 14. За счет оказываемого давления пружина постели сжимается и постель перемещается к периферии. Через шарнир тянется толкатель 22 и шестерня 23, межцентровое расстояние увеличивается, что приводит к освобождению шестерни 21 силовой пружины. Мощная пружина от часового механизма начинает вращать шестерню, которая через повышающую промежуточную шестерню вращает пружинную муфту 19. Муфта проворачивает эксцентрик 17, для максимального подъема его нужно провернуть на половину оборота (180 градусов) по ходу вращения силовой пружины.
Автор ограничил этот поворот 90 градусами, хотя в этом случае эксцентрик поднимает груз на меньшую величину, но за счет этого экономится выбег пружины. При этом повышающая передача шестерен уменьшается ровно в два раза и увеличивается в два раза давление пружины на эксцетрик. Повышающие шестерни получаются компактнее, а проигрыш при подъеме эксцетриком груза незначительный. Эксцентрик не доходит до своего максимального подъема 45 градусов и столько же не доходит при минимальном выпускании груза. В этих секторах 45 градусов подъем происходит по касательной с очень малой величиной перемещения.
Как только силовая пружина начала вращать эксцентрик, он поднимает шар с постели, которая возвращается за счет пружины в свое первоначальное положение. После проворота шестерни силовой пружины на один внешний зуб, стопорящая шестерня толкателя 23 проворачивается также на один зуб и становится на свое прежнее место, поэтому снова стопорит шестерню силовой пружины. Наружные зубъя у шестерни силовой пружины более крупные, чем внутренние, поэтому при внутреннем зацеплении с промежуточной шестерней она провернулась на шесть зубъев. Промежуточная шестерня соответственно провернулась на больший угол, а шестерня эксцетрика провернулась на 90 градусов (эти повышающие шестерни на схеме не показаны).
За счет проворота эксцентрика шар поднялся в нижней точке колеса на высоту h, эта высота небольшая, но пружина совершила работу по понятию груза, преодолев при этом вес груза и действующую на него центробежную силу. За счет этой работы колесо раскручивается и за 2 — 3 оборота достигает скорости вращения 50 оборотов в минуту. Это было зафиксировано авторитетной комиссией. Грузы 4, 5 и 6 двигаются по минимальному радиусу вращения, потому что эксцентрики провернулись к ним тонкой стороной. Шары 8, 9 и 10 движутся по максимальной траектории, эксцентрики провернулись к ним толстой стороной.
В наивысшей верхней точке шар 7 под действием своего веса преодолевает центробежную силу и ложится на внутрений ограничитель 26. Этот ограничитель через толкатель нажимает на фиксатор внутреней полумуфты и выводит ее из зацепления с наружной полумуфтой (этот механизм на схеме не показан). Внутренняя полумуфта жестко связана с эксцентриком, который может проворачиваться на 90 градусов в любую сторону. Эта подвижность обеспечивается упорами, выполненными в перегородках колеса. Значит, если расфиксировать шестерню силовой пружины, то через повышающую передачу и муфту она сможет провернуть эксцентрик только на девяносто градусов. После этого эксцентрик остановится за счет того, что он упрется в ограничитель корпуса колеса.
При повороте эксцентрика на 90 градусов внутри муфты закручивается пружина муфты. Когда ограничитель 26 расфиксирует внутреннюю полумуфту, то он выводит рычаг из углубления верхней полумуфты. За счет пружины эксцентрик возращается в исходное положение, поворачиваясь на 90 градусов. При этом провороте рычаг фиксатора скользит по внутренней поверхности наружной полумуфты и через девяносто градусов он попадает в следующую прорезь. Всего на внутренней поверхности четыре прорези, равномерно расположенные по окружности. После каждого рабочего хода пружина раскручивается на один наружный зуб, а эксцентрик проворачивается на 90 градусов.
Пружина все время продвигается в сторону раскрутки, а эксцетрик за один оборот колеса поворачивается на 90 градусов за счет силовой пружины и возвращается обратно в исходное положение уже в противоположном направлении действия силовой пружины. Он просто колеблется то вперед, то назад. Не зря Бесслер был признан гениальным часовым мастером, поэтому он и создал столь уникальный механизм. За счет такого движения эксцентрика шар поднимался в колесе на высоту h в нижней точке и вращался по минимальному радиусу в одной половине колеса, а затем выпускался на максимальный радиус вращения.
Колесо обладало большим запасом мощности и очень быстро выходило на максимальные обороты, поэтому оно могло вращать шнек и качать воду в верхний резервуар, а также поднимать пудовую гирю на высоту полтора метра. Но, обладая таким запасом мощности, колесо быстро раскрутилось бы до недопустимых оборотов и развалилось бы от действия больших центробежных сил. Поэтому Бесслер предусмотрел отключение колеса при максимально допустимых оборотах. При скорости вращения колеса выше 50 оборотов в минуту центробежная сила превышает вес грузов, поэтому они уже не могут лечь на внутренний упор.
Если превышение не большое, то грузы ложатся на внутренние упоры за счет их подтягивания пружиной натяжения струны 20. Эта пружина заканчивалась наконечником со сферической поверхностью. На ободе струны был закреплен фиксатор с выступающим стальным шариком, который внутри был зажат пружиной. Если пружина отклонялась на максимальную величину в нижней точке, где сила максимальная, то наконечник пружины наезжал на сферу шарика. Шарик заскакивал в сферу наконечника и фиксировал пружину. Теперь, чтобы вернуть пружину в рабочее положение, нужно приложить достаточное усилие, чтобы вдавить шарик в корпус и освободить ее.
При работе колесо разогонялось до 54 оборотов в минуту, это предельно допустимая скорость вращения. Центробежные силы достигли максимальной величины и пружины фиксировались шариками в крайнем положении. Проходя верхнюю точку, шар уже не может лечь на внутрений упор, поэтому разъединение муфты не происходит. Внутренняя полумуфта не может вернуться на место, она уперлась в неподвижный упор вращающегося колеса. Все шары легли в свои постели и расфиксировали шестерни силовых пружин, но раскрутка пружин не происходит, потому что они застопорены внутренними полумуфтами.
В таком режиме колесо полностью отключается от работы, оно вращается как абсолютно твердое тело всего в двух подшипниках, установленных на оси вращения. Момент инерции у колеса большой, поэтому оно долго вращается по инерции. Промасленые боковины колеса и пропарафиненый обод создают минимальное сопротивление при трении о воздух. В таком режиме колесо вращается до тех пор, пока скорость вращения не снизится до 46 оборотов в минуту. При этих оборотах центробежная сила становится ниже веса шара и усилия пружины становится достаточно, чтобы преодолеть сопротивление фиксатора.
Колесо снова включается в работу, но буквально через три – четыре подтягивания шаров, его скорость становится максимальной. Колесо опять очень долго вращается по инерции, а его средняя скорость колеблется в пределах 50 метров в минуту. На глаз обнаружить эти колебания скорости просто невозможно. Такой режим работы очень экономично расходует энергию пружин. Поэтому колесо могло очень долго вращаться от одной накрутки пружин. Отсюда отчетливо видно, что Бесслеру совершенно не нужно было пристраивать к колесу ручной привод и заставлять своего брата и служанку крутить колесо во время его демонстрации.
Он не боялся приглашать любое количество посетителей, соглашался передвигать колесо в любой угол комнаты. Автор отлично знал, что его посетители ничего не найдут, потому что весь секрет колеса был спрятан внутри. Бесслер не боялся закрывать колесо на длительный срок, оно вращалось по инерции и расходовало энергию только на трение о воздух и на два подшипника. При демонстрации колеса посетители часто его останавливали, подключали различную внешнюю нагрузку. В этом режиме много энергии затрачивалось на разгон колеса и преодоление силы сопротивления. Естественно, пружины раскручивались очень быстро.
И все-таки автору пришлось сделать внешний привод колеса. Из соседней комнаты брат и служанка постоянно тянули тонкую веревку. Бесслер и клятву взял со своей служанки. Зачем это понадобилось столь виртуозному механику. Посетителей было много, они приходили каждый день и платили за демонстрацию модели хорошие деньги. Власти даже ввели налог на колесо Бесслера. Пружины необходимо было постоянно накручивать, а это очень тяжелый физический труд. Одному автору с этой работой невозможно было справиться. К тому же он никому не показывал, как заводятся пружины. Вот и появилась идея, чтобы пружины заводились из соседней комнаты.
Точно так, как изображено на гравюре, брат и служанка тянули за веревку. Через систему рычагов это усилие передавалось в демонстрационную комнату. После того, как пружины расходовали свою энергию, Бесслер вытаскивал веревку из потайного отверстия и подсоединял ее к одному из маятников колеса. Эти маятники маскировали отверстия, через которые заводились пружины. Автор немного продвигал маятник, вводя его в зацепление с первой пружиной. Брат тянул за веревку, совершенно не зная, что он делает. Рычаг, выполненый в виде маятника, поворачивался, закручивая пружину. Это была очень тяжелая работа, которая проводилась обычно по ночам. Днем ведь нужно демонстрировать колесо и брать за него деньги.
Одним маятником накручивалось по очереди четыре пружины с одной стороны, затем автор подсоединял веревку ко второму маятнику, расположенному на противоположной стороне колеса. Нужно было совершить много поворотов рычага, чтобы завести только одну пружину. Спасало только то, что для демонстрации колеса не требовалась полная накрутка пружин, ночью можно было пополнить израсходованую за день энергию. Естествено, от тяжелой физической нагрузки нервы у служанки не выдержали, поэтому она раскрыла великую тайну хозяина, хотя она толком и сама не знала, зачем тягать по ночам веревку. После скандала накручивать пружины стало некому, автор выполнял эту работу сам, поэтому веревку и рычаги он убрал.
Крутить за маятник было гораздо удобнее, чем таскать за веревку, но все равно это был тяжелый физический труд. После скандала посетителей стало гораздо меньше, а затем их поток вообще иссяк. Доходы Бесслера исчезли, ему не за что было строить более совершеные вечные двигатели. Никто ему уже не верил, общество считало его жуликом и обманщиком. Двадцать лет еще автор надеялся, что сможет построить уникальный гравитационный двигатель. Он хотел восстановить свое положение в обществе и свое имя гениального механика, брался за любую работу, но его двигатель больше не понадобился обществу. Может быть теперь, спустя триста лет, общество поймет, насколько далеко автор заглянул в будущее.
Автор: Н.Т.Бобоед
28.01.2011г.
Несомненно, для историии было бы очень полезно создать копию вечного двигателя Орфиреуса, вернее гравитационный двигатель Карла Бесслера. Даже в настоящее время, триста лет спустя, в этом точнейшем эксперименте можно изучать законы взаимодействия тела с гравитационным полем. По современным понятиям физики мы имеем замкнутую систему в виде вращающегося ротора (колесо). Масса колеса 80 килограмм удерживается на стальной оси диаметром 1,9 сантиметра. Подшипники, на которых установлено колесо, обладают минимальным трением, что обеспечивает очень длительное вращение колеса. Весь приводной механизм находится внутри ротора, который взаимодействует только с гравитационным полем Земли.
Пожалуй, в настоящее время трудно найти такого искустного мастера, который сможет изготовить столь сложный часовой механизм, приводящий в действие эксцентрик. На родине изобретателя копию модели сделать гораздо проще, потому что это их история и национальное достояние. К тому же для изготовления колеса в натуральную величину потребуются немалые финансовые затраты. В нашем государстве создавать полномасштабную модель не нужно. Для проведения эксперимента вполне достаточно модели в масштабе один к пяти, а можно даже один к десяти. Очень сложный часовой механизм можно заменить электромагнитным приводом, установив в колесе электромагниты. За счет этого мероприятия модель значительно упростится и к тому же отпадает необходимость в постоянном накручивании пружин.
Электромагниты можно подобрать из тех, что применяются в современном машиностроении. Это значительно упрощает задачу создания экспериментальной модели для исследования закона взаимодействия пробного тела с гравитационным полем Земли. В дальнейшем полученные выводы можно будет распространить и на многие другие материальные объекты космического пространства. Для каждого электромагнита необходимо еще установить конденсатор определенной емкости. Пока электромагнит отключен, его личный конденсатор заряжается от внутренней батареи или аккумулятора. При включении электромагнита за счет энергии конденсатора груз подтягивается к оси вращения, при этом он еще должен удерживаться в таком положении половину оборота за счет слабого тока конденсатора.
Это наиболее экономичный расход энергии при включении электромагнита в цепь, хотя в данном случае экономия электрической энергии не играет столь важной роли, как в вечном двигателе Орфиреуса. Для проведения точного эксперимента необходимо установить прибор, определяющий не только обороты ротора, но время его выхода на рабочие обороты. По этим параметрам можно рассчитать мощность, развиваемую колесом на участке разгона. Масса поднимаемого груза, пробного тела, должна быть измерена с высокой точностью, а также для рассчетов необходимо знать точную высоту h, на которую поднимается пробное тело.
Зная момент инерции ротора, колеса, а также величину изменения момента инерции ротора при перемещении пробного тела на величину h, можно рассчитать возникающие силы и ускорения при движении пробного тела по кривой, приближающейся к эллипсу. Нет никакого сомнения в том, что в нижней точке, где вращающееся пробное тело подтягивается электромагнитом к оси вращения, ускорения максимальны и направлены они к оси вращения. В верхней точке ротора, где центробежная сила вычитается из веса пробного тела, ускорение пробного тела будет близким к нулю. В этом собственно и заключается вся гениальность великого механика, который не только отчетливо понял это взаимодействие двух сил, но и сумел настроить колесо на нужный режим работы.
На фит. 1 изображена схема двигателя Бесслера с электромагнитным приводом.
1 – наружный обод колеса, 2 – внутренний корпус колеса, 3 – первый шар, поднятый электромагнитом на высоту h (пунктиром показано положение шара в нижней точке), 4, 5, 6, 7, 8, 9 и 10 – положение второго и последующих шаров, 11 – рычаг шаров, 12 – шарнир рычага,13 – металлическая струна, удерживающая шар, 14 – постель шара в прижатом положении, 15 – постель шара в поднятом положении за счет действия пружины (каждый шар имеет свою подпружиненную постель, но на схеме они не показаны, чтобы не перегружать схему дублирующими элементами), 16 – перемещение шара в нижней точке на величину h за счет включения электромагнита, 17 – электрическая батарея или аккумулятор, 18 – электрические конденсаторы, 19 – электрический контакт, срабатываемый в верхней точке, 20 – электромагнит, 21 – пружина якоря магнита, 22 – электрический контакт, срабатываюмый в нижней точке колеса, 23 – подвижный якорь электромагнита в отключенном положении, 24 – подвижный якорь электромагнита, когда он включен, 25 – шарнир постели, 26 – внутренний ограничитель груза (показан только для одного груза, остальные грузы тоже имеют ограничители, но на схеме они не показаны).
Запустить модель можно, расскручивая ее рукой, но для рассчетов нужно знать точные минимальные обороты ротора. Для этого необходимо изготовить пусковое устройство, которое подводится к колесу при запуске, а затем отсоединяется. Это легко сделать электромотором с вращающимся резиновым колесиком, которое вводится в зацепление с ободом ротора, а при достижении необходимых оборотов выводится из зацепления. Для чистоты эксперимента пусковое устройство не должно влиять на разгон и дальнейшее вращение ротора. Поэтому пусковое устройство расположено снаружи колеса, а после выхода из зацепления оно должно удаляться от ротора на некоторое расстояние, хорошо видимое визуально.
Как только ротор раскрутился до необходимых минимальных оборотов, за счет веса шаров и действующей на них центробежной силы начинают замыкаться контакты 22, находящиеся в нижней точке колеса. Замыкание контактов начинается у шара 10 или шара 4 в зависимости от направления вращения ротора. Пока сработает включение, и магнит начнет подтягивать к себе пробное тело, за это время шар приблизится к положению шара 3. Значит, рабочий цикл шара будет проходить на участке между положением шара 10 и 4. При вращении шара по часовой стрелке в позиции 4, 5, и 6 шар движется по минимальной окружности. В позиции 8, 9 и 10 шар движется по максимальной окружности.
В позиции 6 и далее шар начинае падать к оси вращения за счет веса и действия пружины 21. В позиции 7 шар ложится на внутренний ограничитель 26, при этом замыкается контакт 19. В электрической схеме происходит отключение конденсатора 18 от электромагнита 20, и подсоединение конденсатора 18 к электрической батарее 17. Подвижный якорь электромагнита 23 больше не удерживается силой электромагнита, поэтому он передвигается шаром на максимальный радиус вращения. Пока шар попадет в позицию 10, конденсатор опять зарядится от батареи. В позиции 10 при вращении по часовой стрелке цикл повторяется. Следует очередное притягивание магнита.
При вращении ротора против часовой стрелки описанные процессы начинают происходить в позиции шара 4. В уменьшенной модели шары и рычаги необходимо изготовить из металла, в этом случае можно получить их максимальную массу. До проведения экспериментов ротор модели необходимо тщательно уравновесить, сведя его дисбаланс до минимальной величины. Все силы, возникающие при работе модели, должны быть тщательно уравновешены, чтобы выделить главную силу, создающую вращающий момент ротору. После эксперимента необходимо сравнить полученные практические результаты с расчетными данными.
При достижении максимальных оборотов колесом центробежная сила увеличивается настолько, что шары не могут лечь на внутренние упоры. В этом случае не происходит переключения конденсаторов на электрическую батарею. Значит, не происходит зарядки конденсаторов, поэтому не подтягиваются сердечники магнитов. Разряженный конденсатор не может совершить рабочий ход, поэтому все шары разойдуться на максимальный радиус вращения и будут лежать в постелях. Происходит обычное вращение ротора, как единного тела с постоянным моментом инерции маховика. Такое вращение маховика будет продолжаться до тех пор, пока обороты не упадут до определенной величины, после чего модель снова включится.
Уменьшенную копию двигателя Бесслера проще сделать из металла, потому что габариты модели сильно ограничены. В минимальном объеме необходимо вписать большое количество различных элементов. Боковины колеса можно изготовить из пластмассы, а на их поверхности расположить элементы электронной схемы управления колеса. Для получения высокой точности измерения необходимых параметров подшипники качения колеса должны также иметь минимальное трение. Также минимальным должно быть трение колеса о воздух при его вращении. Эти потери легко учесть при расчетах, определив за определенное время вращения колеса снижение его оборотов при выключенной электрической схеме.
Итак, появляется возможность создать уникальную модель, работающую за счет сложения или вычитания центробежной силы и веса тела. За счет этого свойства создается неустойчивое равновесие и появляется вращающий момент во внутренней системе. В связи с тем, что от сил инерции и гравитации нет замкнутой системы, то модель работает за счет взаимодействия с гравитационным полем. Используя это свойство в технике, можно создать принципиально новые движители, отталкивающиеся от гравитационного поля планеты или звезд. Это позволит космическим кораблям перемещаться в пространстве без использования реактивной тяги. Космический корабль, обладающий огромной энергией ядерного или термоядерного топлива, сможет разгоняться в пространстве до очень высоких скоростей.
Автор: Н.Т.Бобоед
06.02.2011г.
В настоящее время в технике применяются тепловые насосы с расширением рабочего тела в детандере. Для рассматриваемой конструкции наиболее близко подходит цикл низкого давления с турбодетандером. Компрессор теплового насоса сжимает рабочее тело до давления 6-7ата. При этом оно сильно нагревается. Тепло отводится в батареи, обогревающие помещения. К.П.Д. компрессора составляет 0,6, то есть сорок процентов механической энергии уходит в тепло. Далее, пар еще раз охлаждается в теплообменнике рабочим телом, откатанным из конденсатора и испарителя. После этих процессов температура рабочего тела становится близкой к той среде, у которой оно должно изъять тепловую энергию.
Сжатый и охлажденный пар расширяется в турбодетандере, при этом выделившаяся механическая работа расходуется на привод компрессора. В этом процессе к.п.д. составляет примерно 0,8. Это еще двадцать процентов энергии переходит в броунское движение. После расширения пар попадает в конденсатор, его температура ниже критической температуры конденсации, но полностью превратиться в жидкость он не может. Этому мешает большая энергия межфазового перехода. За счет этой энергии из образовавшейся жидкости будет происходить испарение молекул. Молекулы откатываются через теплообменник снова в вакуум-компрессоры. Это очень влажный пар, который значительно уменьшает количество образовавшейся жидкости в конденсаторе.
Сконденсировавшаяся жидкость поступает в испаритель, где подогревается теплой водой или наружным воздухом. На испарение этой жидкости требуется огромная энергия, ведь испаряющийся газ преодолевает силы сцепления молекул в жидкости и выбивается из нее с определенной скоростью. Кинетическая энергия испарившихся молекул после столкновений с другими молекулами переходит в броунское движение. Этот газ также прокатывается через теплообменник и отсасывается в компрессор. Цикл повторяется.
Не смотря на то, что по всему тракту имеются огромные потери, сорок процентов в компрессоре на сжатие рабочего тела, двадцать процентов в детандере, часть жидкости улетает из конденсатора, гидравлические потери по всему тракту, каждый затраченный киловатт электрической мощности дает 3,5 киловатт тепловой энергии. Это в случае изъятия тепла из артезианской воды, сюда же входят и потери мощности на привод насоса, прокачивающего воду. Если тепло откатывается из наружного воздуха, то его эффективность будет несколько ниже из-за увеличившейся разности температур.
Турбодетандер состоит из неподвижного корпуса и вращающегося ротора, в котором выполнены профилированные лопатки. Рабочее тело, газ, разгоняется в сопле до высокой окружной скорости и попадает на лопатки турбины. За счет скорости он преодолевает центробежную силу и по лопаткам движется к оси вращения. На оси вращения скорость газа минимальна, а вся его кинетическая энергия выделилась в ротор, создав при этом вращающий момент, который преобразовался в механическую работу. Эту работу можно использовать для вращения компрессора. В этом случае значительно меньше потребуется электрической энергии на привод компрессора.
Для получения инерционного термодинамического цикла в турбодетандере необходимо установить конденсатор и испаритель. Таким образом, турбодетандер состоит из двух теплоизолированных отсеков. Пар, как и в цикле низкого давления с турбодетандером, разгоняется до окружной скорости ротора турбодетандера, но в этом цикле он не вырабатывает свою кинетическую энергию на турбине. Газ оказывается неподвижным во вращающемся конденсаторе. Это дает двадцать процентов экономии. В прототипе разогнанный газ затормаживается, чтобы отдать свою энергию турбине, при этом двадцать процентов уходит в броунское движение. Именно на столько меньше получится сконденсированной жидкости.
Во вращающейся системе нет необходимости затормаживать газ и терять на этом двадцать процентов энергии. Пар прекрасно сконденсируется во вращающейся системе, этому поможет возникшая центробежная сила, которая прижимает его к стенке внутренней полости. Во вращающемся конденсаторе невозможно откатать сырой пар, так как он сепарируется, а с поверхности жидкости могут испаряться отдельные молекулы. На капельки жидкости действует огромная центробежная сила, которая загоняет их обратно в жидкость. Значит, во вращающемся конденсаторе получится гораздо больше жидкости, чем в неподвижном конденсаторе. Сжатые центробежной силой молекулы жидкости увеличивают свою скорость броунского движения. Выбивание молекул при испарении происходит с большей силой и только с поверхности жидкости, а это значит, что они вылетают с более высокой скоростью.
Процесс испарения является упорядоченным движением молекул. Броунское движение молекул в жидкости происходит во всех направлениях, а молекулы пара выбиваются в одном направлении, перпендикулярном к поверхности жидкости. В тепловом насосе с инерционным термодинамическим циклом молекулы рабочего тела испаряются в направлении к оси вращения ротора.
Испарившаяся жидкость сжимается силой Кориолиса на перегородке. Образовавшееся давление выталкивает молекулы к оси вращения. Это давление создает вращающий момент турбине, за счет которого можно раскручивать компрессор. Молекулы, достигшие оси вращения ротора, отдали свою энергию турбине, поэтому дополнительно охладились. Жидкость по каналам перетекает во вращающийся испаритель, к которому подводится энергия наружного воздуха, минус 20-30 градусов Цельсия. Жидкость испаряется, забирая тепло на испарение за счет энергии межфазового перехода. Именно эта энергия и уходит на обогрев помещений. Часть этой энергии также как и в конденсаторе выделится на создание вращающего момента ротора, а значит на вращение компрессора. Чем больше энергии выделится в турбине, тем меньше необходимо подводить электрической энергии к компрессору.
Наружная поверхность ротора-испарителя выполнена в виде пакета пластин. Это тонкие сверхпрочные пластины, которые создают бандаж ротору, за счет чего он может вращаться с высокой окружной скоростью. Такой бандаж имеется и у конденсатора. В испарителе за счет тонких пластин набирается большая поверхность теплообмена. Воздух, от которого необходимо отнять тепловую энергию, прокатывается через зазоры между пластинами, в результате чего происходит интенсивный теплообмен.
Существующие тепловые насосы – это обратный цикл паровой машины. Они в 3,5 раза больше выделяют тепловой энергии на обогрев, чем потребляют электрической энергии. Но чтобы выработать эту электрическую энергию на тепловой станции, необходимо во столько раз больше затратить тепловой энергии. Так что перед обычной печкой, сжигающей органическое топливо, существующий тепловой насос не имеет преимуществ. По сравнению с электрическим обогревом помещений он в 3,5 раза эффективнее. Если поднять эффективность теплового насоса хотя бы в два раза, а это примерно к.п.д. равно 0,6, то и в этом случае тепловой насос станет очень эффективным. Каждый затраченный киловатт электрической энергии будет выделять в обогреваемое помещение более семи киловатт тепловой энергии.
Если действующие тепловые станции сбрасывают в атмосферу более половины тепловой энергии, то предлагаемый тепловой насос с инерционным термодинамическим циклом будет откатывать тепловую энергию из окружающей атмосферы. Массовое использование тепловых насосов предотвратит перегрев атмосферы, а это неоспоримое преимущество тепловых насосов по сравнению с действующими тепловыми электростанциями.
Автор: Н.Т. Бобоед
Вложение | Размер |
---|---|
расчет силовой установки с инерционным термодинамическим циклом.doc | 133 КБ |