Техника - молодёжи 1966-07, страница 29
ДОКЛАД № 1 МЕХАНИЗМ „СКОЛЬЗЯЩЕГО" ШАГА II* бесчисленному множеству шагаю-|j щих механизмов я хотел бы добавить еще один, в котором основная часть — симметричный сдвоенный ромбоид. Этот шарнирный механизм, как и все инверсоры, преобразует вращательное движение в поступательное. Если соотношение длин стержней ромбоида принять таким, какое показано на чертеже, он будет наделен любопытным свойством. При уменьшении угла а механизм вытягивается, но стержни АВ и СД движутся вдоль одной прямой линии. Замените стержни стальными трубами, а в точках, помеченных буквами, установите шарикоподшипники. Получилась прочная жесткая ферма. Соединив любую удобную для нас точку инверсора с шатуном двигателя, мы заставим ферму то растягиваться, то сжиматься. Теперь достаточно закрепить на стержне АВ и СД поплавки или лыжи — и шагающая машина готова. Правда, фор- ДОКЛАД № 2 ВОПРЕКИ ЦИКЛУ КАРНО? Е ели бы источники сжатого газа иа Земле встречались так же часто, как источники тепла, то едва ли цикл Карно считался недостижимым пределом экономичности тепловых двигателей. Больше того, теплотехники не стремились бы тогда к непрерывному повышению температур в двигателях, ибо все тепловые машины имели бы в принципе кпд около 100%. Впрочем, и само понятие кпд вряд ли можно было бы применять с такой уверенностью, как сейчас... Для получения механической работы нужен сжатый газ. Если ои запасен в земной коре так же, как, к примеру, уголь или нефть, получение энергии не представляет особых трудностей. Расширяя сжатый газ в соплах турбины до атмосферного давления, можно без всяких затрат топлива получать энергию за счет охлаждения газа. При давлении 500 атмосфер и температуре 20° С 1 кг/сек сжатого воздуха развивает мощность в 250 л. е., одновременно охлаждаясь до —190° С. Если же в процессе расширения охлаждающийся воздух все время подогревать за счет окружающей среды до 20° С, мощность может быть повышена почти втрое. В этих случаях говорить о кпд вообще затруднительно. Ведь на совершение работы не расходуется ни грамма топлива. Больше того, во втором случае двигатель нацело превращает теплоту окружающей среды в механическую работу, то есть видимым образом противоречит одной из формулировок второго начала термодинамики, согласно которой «одним лишь отнятием тепла у среды нельзя произвести работу». В чем же дело? Как можно объяснить причины этого противоречия? Теория тепловых двигателей построена на том предположении, что на земле легко получать температурные перепады — сконцентрировать лучи солн ца, сжечь топливо. Для получения же механической работы нужны перепады давления. Поэтому теория тепловых двигателей, по сути дела, и занимается изучением способов преобразования перепадов температуры в перепады давления. На сжатие холодного газа иужна меньшая механическая работа, чем совершаемая при расширении нагретого. Поэтому, сжав газ в холодном состоянии, нагрев его до высокой температуры, а потом заставив расширяться, мы можем не только компенсировать затраты на сжатие, но и получить некоторый избыток механической работы. Этот избыток и есть полезная мощность обычных тепловых двигателей. В результате всех этих превращений газ снова возвращается к исходному давлению и температуре, совершая таким образом замкнутый цикл. Именно для таких циклов справедливы все выводы термодинамики: двигатели, работающие по любым циклам, не могут по экономичности превзойти цикл Карно, их кпд тем больше, чем выше начальная температура газа, они не могут производить работу «одним лишь отнятием тепла у среды». Двигатели, работающие от природного источника сжатого газа, таких ограничений не имеют. В природе часто встречается газ, находящийся под высоким давлением. Схема установки, работающей на сжатом горючем газе, приведена на рисунке. Расчет показывает, что кпд такой тепловой машины при любом давлении может быть близок к 100%. Для этого надо лишь подогревать газ до температуры тем большей, чем выше давление газа. Например, при 5 втм. горючий газ метан надо нагревать до 140° С, при 50 атм. — до 350° С, при 500 атм. — до 950е С. При этом из турбины будет всегда выходить газ с температурой окружающей возш т 'СЖИГАНИЯ ГАЗА Г. СМИРНОВ, инженер газ ПОДОГРЕВАТЕЛЬ "J АЫМОВЫЕ ГАЗЫ ГЕНЕРАТОР газ К ПОТРЕБИТЕЛИ среды (20° С). Мощность же в каждом из трех случаев будет разной: 300 л. е., 950 л. е., 2800 л. с. Всякого рода утилизаторы тепла — регенераторы, подогреватели, охладители — теряют смысл в такой установке. Увеличив температуру перед турбиной сверх расчетной, можно увеличивать мощность в часы «пик». Разумеется, было бы слишком расточительно выбрасывать в атмосферу горючий газ, расширенный до давления 1 кг/см2. Тепловые установки такого типа следует применять е комплексе, и давление на выходе из турбины принимать равным тому, которое требуется для химического завода, потребляющего горючий газ, или для газопровода. ОБСУЖДЕНИЕ Для roto чтобы оцепить перспективность таких установок, следовало бы выяснить не только теоретические, но и практические возможности. Каковы запасы, давление и состав природных горючих юзовР Стабильно ли работают скважины и в течение кокою времени? Интересно возможности установками ной температурой ших глубин? было бы выяснить, какие открывают перед этими сжатые газы с повышен-извлекаемые с боль- мв поплавков и лыж должна обязательно быть несимметричной. Ведь поступательное движение возникнет только тогда, когда при ходе лыжи или поплавка «вперед» сопротивление меньше, чем при ходе «назад». Сиденье водителя и управление выгоднее размещать на оси, проходящей через точки О: они движутся непрерывно. Все же другие части машины передвигаются толчками. Чтобы не перечислять на словах возможных областей применения «инвер-сорных шагателей», я решил ограничиться несколькими иллюстрациями, которые, по-моему, гораздо нагляднее продемонстрируют читателям свойства и возможности этих механизмов. А. ДОБРОТВОРСКИЙ, авиаконструктор 25 |
