Техника - молодёжи 1968-08, страница 41
ОТ АРХИМЕДОВА ВИНТА... ЯШ Г. ФИЛАНОВСКИЙ г. К и • в Вода непрерывной струей лилась на высохшую от зноя землю Сицилии. Рабы беспрестанно вращали рукоятку ди нови иного снаряда. Спираль, заключенная в открытый с ториов цилиндр, напоминала завитии улитки. «Улитка Архимеда»! Одно из 40 открытий величайшего ученого древности в области прантичесной механики. Впервые применил он эту «улитку», будучи в Египте, для осушки залитых Нилом местностей. Возможно, воплощению этой формы предшествовал знаменитый трактат Архимеда «О спиралях». Когда в человеческий обиход вошел винт, водоподъемную машину Архимеда стали именовать Архимедовым винтом. Порой соединенная с мельничным приводом, зта машина вплоть до нынешнего вена служила для осушения заболоченной местности, в оросительных системах. Затем ее вытеснили более совершенные конструкции насосов. Взять хотя вы насос, который подает воду из глубоких артезианских колодцев, добывает нефть из скважин, в атомных реакторах перекачивает высокотемпературные жидкости, перемещает на производстве из одной емкости в другую внио, дрожжевую, шоколадную массу. Этот насос компактен, долговечен, бесшумен, создает высоное давление, обладает высоким и. п. д. Но к чему такое сравнение — древнейшее, двадцати двух веков от роду устройство и совсем молодое, пришедшее в технику немногим более десяти лет назад? А и тому, что оба одноименны: в каталоге оборудования так и значится — «винтовой насос», и в том и в другом жидкость движется благодаря винту, который вращается в цилиндре. Но изобретатель современного винтового насоса французский инженер муано внес в конструкцию Архимеда существенные коррективы. Внутренняя поверхность цилиндра, обоймы профилированы. Шаг винтовой поверхности обоймы равен удвоенному шагу рабочего винта. Даж« если бы Архимед теоретически предвосхитил ату идею, е« воплощение стало бы возможным лишь в нашу эпоху: обойма должна быть эластичной, упругой. Итак — «улитке» Архимеда суждено было просуществовать в веках лишь в качестве винтового насоса, умереть и воскреснуть в несколько усовершенствованном виде? Нет, завиткам спирали, заключенным в цилиндр, как движущему элементу, техника обеспечила широчайшее распространение в самых различных областях. В классическом виде зто винтовой конвейер, шнек. Тысячи, если ие миллионы, тонн кусковых и сыпучих грузов передаются из одного пункта производства в другой с помощью шнеков. Уголь и торф, цемент и глина, сахар и соль, зерно и хлопкоьые семена, опилки и древесная стружка... Однако нехитрая с первого взгляда конструкция таила в себе замечательные возможности. В середине XVIII века великий математик и физик, член Петербургской Академии наук Даниил Бернулли предложил использовать элемент Архимедова винта не для подъема, а для отталкивания жидкости: в качестве гребного винта судов. Ведь интенсивное выталкивание воды в определенном направлении должно вызвать противодействие — движение судна в противоположную сторону. Первый винтовой пароход, носящий имя «Архимед», был спущен на воду в 30-х годах XIX века. И опять же совсем в другой сфере возникла установка, которая поначалу отлично обходилась без теоретических разработок. Речь идет уже не о корабельном винте и не о пропеллере, который, кстати, тоже сродни Архимедову в нту по форме и по принципу действия, е о знакомом предмете нашего домашнего обихода. О мясорубке. Или о сходных с ней многочисленных машинах калибром покрупнее, ныне широко применяемых в пищевой промышленности. В волчках для измельчения жира, шприцах для набивки колбас, машине для приготовления творожной массы, маслоизготови-тельном автомате, в аппарате для выделки макарон и в агрегатах кондитерских фабрик обязательно действует винт, заключенный в цилиндр. Но задача этого устройства нередко выходит за рамки простого транспортирования. Обогреваемые или охлаждаемые цилиндры, неодинаковый шаг, угол наклона винта и другие конструктивные особенности превращают подобные аппараты еще и в компрессионные, теплооб-менные, вызывающие физико-механические изменения структуры проходящей массы. Собственно, метод выдавливания вязких материалов сквозь определенное сечение — экструзия — известен свыше 150 лет. Первоначально он применялся при изготовлении макарон, свинцовых трубочек, карандашных грифелей, кера мических изделий. Материал помещался в цилиндр и выдавливался, но не шнеком, а поршнем. Конструкция поршневого пресса казалась вполне подходящей для экструзии. И то обстоятельство, что материал выдавался порциями, периодически. до поры до времени никого не волновало, пока дело касалось малогабаритных изделий. Но вот в середине прошлого века фирма «Гуттаперча» стала получать необычные заказы: покрытие изоляцией морского кабеля. Попытки обойтись прежними прессами, неравномерно подающими сырую резину, оказались безуспешными. И кому-то пришла в голову счастливая мысль: заменить поршень винтом, шнеком. Новые конструкции по аналогии с поршневыми прессами окрестили шнекоаыми прессами. (Вместе с тем почти на равных основаниях в технической литературе встречаются «червячные прессы», «шприц-машины» — при переработке резины, экструдеры и т. д. Отчасти такой терминологический разнобой связан с происхождением конструкции, ее применением, традицией, фирменными наименованиями.) С момента получения изделия на первом шнеко-еом прессе с 1879 г. до наших дней количество такого оборудования в мире возросло до десятков тысяч единиц. Но среди этих тысяч близнецы исчисляются десятками. И дело тут не только в многочисленности фирм-изготовителей, а в том, что каждый экструдер или экструзионный агрегат — это своеобразный завод. Начнем с производительности. Заурядный шнек, передающий 100 м3 песка в час, все-таки не рекордсмен среди транспортирующих стащионарных устройств. При всем уважении к новому винтовому насосу надо отдать справедливость — цифра 500 м3/час могла поразить только современников Архимедова винта. И в конце концов шнековая машина, растирающая ежечасно полтонны творога, выполняет не бог весть какую сложную и грандиозную задачу. То ли дело агрегат, в котором происходит полный процесс превращения сырья, скажем, полиэтиленовых гранул в готовую продукцию — пленку или трубы. Еще не так давно мощности подобного агрегата — несколько сот тонн пластмассовой продукции в год — мог бы позавидовать не один цех, а то и завод. Впрочем, уж если говорить о выдаче переработанной пластмассы, то резкому росту производительности здесь едва ли не в первую очередь способствовали именно червячные экструэионные машины. В конструкции многих современных машин для литья пластмасс под давлением появились червячные пластикаторы, часто взамен поршневых. А в будущем из миллионов тонн выпускаемых в мире пластмасс львиная доля станет перерабатываться с участием червячных машин Но не только производительностью объясняется столь невероятное для современного машиностроения разнообразие экструзионных машин. Каждый вид пластмассы «предпочитает» специфическую конструкцию червяка. А главная причина, пожалуй, заключается в том, что эволюция винта Архимеда в данном направлении срочно потребовала комплексных теоретических изысканий по части физической химии, теплофизики, математики. Специалисты сетуют на чрезвычайную сложность теории экструдирования массы, на то, что эмпиричность многих посылок не дает возможности создавать идеальные, вернее, оптимальные конструкции. Такие моменты, как угол наклона винта, глубина нарезки, уменьшение шага и т. д., при самых незначительных изменениях существенно сказываются на работе экструдеров. А ведь каждый процент увеличения производительности экструзионных агрегатов — это десятки тонн дефицитнейшей продукции: тут и пленка для парников и упаковки, тут и трубы — небьющиеся, дешевые — для нужд мелиорации, пластмассовые бидоны, детали холодильников и магнитофонов... Модификации винтовой конструкции иногда неожиданно обнаруживают интересные свойства. Шнеки-смесители широко используются для гомогенизации массы, и в то же время определенные конструкции шнеков способны выполнять противоположную задачу — разделять компоненты или фазы материала. В новом качестве выступают и сдвоенные шнеки. Частный случай двухшнекового пресса — шестеренчатый насос: его сцепленные шестерни — своего рода шнеки с очень большим углом подъема нарезки. В конечном счете именно так работает винтовая компрессионная машина. Как видите, потомки Архимедова винта научились, кроме воды и вязких продуктов, управляться и с газом. Кто знает, в каких еще сферах проявят себя «родственники» Архимедова винта... РОДОСЛОВНАЯ КОНСТРУКЦИИ 36 |
