Изобретателю нельзя жить без здорового оптимизма. Если он не уверен в своей правоте, где ему взять силы на все новые и новые эксперименты. Однако горе, если оптимизм этот безграничен. Приняв какую-либо гипотезу за "рабочую", оптимист приступит к подбору фактов. Подтверждающие гипотезу приобщаются, а отрицающие-- отбрасываются. Вот случай, происшедший с одним крупным математиком. "Если,-- писал он в своей статье,-- выпускать из резервуара воду при помощи отверстия на дне его, то образуется (над отверстием) воронкообразный вихрь, который в северном полушарии вращается в сторону, обратную движению часовой стрелки; в южном полушарии вращение -- в обратную сторону. Каждый читатель сам может проверить справедливость сказанного, выпуская воду из ванны. Чтобы лучше заметить направление вращения вихревой воронки, можно бросить на нее маленькие обрывки бумаги. Получается эффектный опыт, доказывающий вращение Земли, произведенный самыми простыми средствами в домашней обстановке". Далее ученый переходит к практическим выводам и предлагает в соответствии со своими наблюдениями изменить конструкцию гидротурбин в зависимости от того, в каком полушарии они установлены.
И что же? Читатели откликнулись. Сотни ванновладельцев стали изучать направление движения потоков сливающихся жидкостей. Результат: одна половина добровольных исследователей отметила, что поток завихряется влево, а другая половина -- вправо. Оказывается, все дело не в том, в каком полушарии проводится опыт, а в том, имеются или нет заусенцы в сливном отверстии. Они-то и являются направляющими для потока. И никакую теорию тут не применить. Хотя, как сказал мне однажды инженер-наладчик Дмитрий Иванович Черепанов, "находясь в ванне, наблюдай!". Используя принцип ванной воронки, он придумал центробежный сепаратор пароводяной смеси. Проходя через несколько установленных ярусом улиток, смесь расслаивается. Вода как более тяжелая отбрасывается к стенкам, а пар пузырьками всплывает. Остается только сухой пар пустить в дело, а воду слить обратно в котел. Такие сепараторы хороши и в качестве конденсатоотводчиков, осушителей, конденсаторов жидкости, в качестве деаэраторов, необходимых для удаления из воды вредно влияющих на металл котлов кислорода и углекислого газа.
Так сложилось, что при очистке газа от пыли одновременно загрязняется вода. А ее-то очищать значительно труднее и дороже, ибо вода химически взаимодействует с пылью, растворяет в себе примеси хрома, мышьяка, серы, фосфора и других токсических веществ. Ничтожная их концентрация губительно действует на все живое. Общий расход воды за год на "мокрую" газоочистку, для одной мартеновской печи доходит до 1,5 млн. м3.
Почему же газы часто предпочитают очищать в мокрых пылеуловителях, а не в уже известных циклонах и электрофильтрах?
Циклон не улавливает пыль размером меньше 5 мкм. А пыль, выбрасываемая с газами из сталеплавильных конвертеров и мартеновских печей, на 90% состоит из частиц, размеры которых значительно меньше.
Что касается электрофильтров, то для их успешной работы скорость газов, проходящих через электроды, не должна превышать 1 м/с. А ведь мартеновская печь "выдыхает" около 300--400 тыс. м 3 газа в час. Поэтому площадь рабочего сечения электрофильтров должна составлять около 100 м2. Прямо-таки "цех" рядом с цехом...
Дымовые газы мартеновских печей и конвертеров имеют температуру 1500--1700░. Чтобы использовать уходящее с ними тепло, перед газоочисткой имеет смысл поставить котел-утилизатор, вырабатывающий пар.
Однако высокая запыленность газов неизбежно приведет к забиванию труб пылью. Из-за этого паропроизводительность котлов снизится примерно вдвое. Пыль очень прочно сцепляется с поверхностью труб, очистить ее очень трудно.
В среднем котел, стоящий за современной мартеновской печью, за год может дополнительно выработать свыше 70 тыс. т пара. А это производительность хорошей заводской котельной.
Остается устранить пыль. Но как это сделать? Электрофильтры для очистки газов с высокой температурой не поставишь. Электроды вскоре превратятся в труху. Но можно сделать иначе -- очищать раскаленные газы веществами, которые при высоких температурах превращаются в пылеулавливающую жидкость (авторское свидетельство No 264344).
Такими веществами могут быть обычные соли, например хлористые соли натрия и калия, которые плавятся при температурах 660--800░. Они дешевы и неядовиты. Отлично растворяются в горячей воде. При нагреве не разлагаются и, следовательно, совершенно безопасны.
Для того чтобы уловить пыль, ее сначала надо хорошенько смочить. Вода плохо смачивает окислы металлов и угольную пыль. А расплавы солей не только хорошо смачивают графит, но даже внедряются в его кристаллическую решетку.
Принципиальная схема солевой газоочистки довольно проста. Грязные раскаленные газы продуваются по трубе Вентури со скоростью 30--50 м/с. В трубу при этом непрерывно подается расплавленная соль, которая газовым потоком дробится на мелкие капли. Грязный газ, двигаясь сквозь взвешенный слой расплава, фильтруется от пыли, после чего поступает в каплеуловитель. Из каплеуловителя смесь пыли и расплавленной соли стекает в отстойник, где соль растворяется, а пыль осаждается в обычной грязной воде. Из отстойника пыль можо удалить транспортером. Концентрированный рассол из отстойника подается для выпаривания и расплавления соли прямо в камеру плавления. Оттуда его опять пускают в трубу Вентури для повторного улавливания пыли.
Ну а чистый раскаленный газ с температурой 800░ или выше направляется в котел-утилизатор.
Солевая установка, стоящая за современной мартеновской печью, будет не только улавливать ежесуточно до 40 т пыли, но и снизит капитальные и эксплуатационные затраты на очистку воздушного и водного бассейнов.
При выбросе 2 т/ч пыли, типичном для современных мартеновских печей, для каждой установки потребуется примерно один вагон соли. Воды же на ее регенерацию нужно будет около 10 т/ч, т. е. примерно в 20 раз меньше, чем для "мокрой" газоочистки.
Способ газоочистки, предложенный свердловскими инженерами, весьма перспективен. Однако для его практического внедрения необходимо решить сложные технические проблемы, связанные с коррозией трубопроводов и образованием в них отложений. Однако, как говорится, дорогу осилит идущий...
Казалось бы, циклон -- идеальное средство для обеспыливания воздуха. Но в самом его принципе есть такие противоречия, которые в некоторых случаях сводят на нет все его положительные качества. Для того чтобы развить в циклоне большую скорость запыленного потока и создать достаточную для отделения пыли центробежную силу, нужно затратить энергию. Чтобы частицы пыли образовали на стенках корпуса винтовую спираль и ссыпались в конусную часть, тоже нужна энергия. Чем больше витков спирали образует запыленный поток, тем больше для этого требуется энергии.
Если взглянуть в микроскоп на различные пробы пыли, то можно увидеть такое разнообразие форм, которое даже трудно себе представить. Здесь длинные кристаллы, и пучки волокон, и Архимедовы спирали, и правильные пластинки, и чешуйки с рваными краями. Нет только шариков. А ведь чаще всего инженер, варьируя исходными данными для конструирования, представляет себе именно шарик, который подлежит улавливанию. Сознательно идя на такое допущение, он значительно упрощает стоящую перед ним задачу. По расчету получается, что циклон должен улавливать минимум 90% всей пыли, а когда его выполнят в металле и подключат к трубопроводам, картина эта резко меняется. Фактический коэффициент улавливания большинства циклонов не превышает 80%. Так сказывается тот факт, что пылинки неоднородны по своей форме и размерам.
Многие виды пыли обладают парусностью. Если дунуть на обычную бытовую пыль, она взовьется в воздух и будет долго в нем парить. Одни пылинки летят вверх, другие медленно оседают, третьи беспорядочно пляшут в потоках воздуха. Особой парусностью обладают волокнистые частицы. Когда они попадают в циклон, то на них при вращении в потоке действуют две силы: одна -- центробежная, отталкивающая пылинку к стене, другая -- центростремительная. Последняя возникает потому, что на пылинку влияет уходящий из циклона воздушный смерч. Как парусник, попавший в ураган, пылинка несется вслед за потоком и вылетает из циклона. Чем больше таких частиц попадает в циклон, тем ниже его эффективность.
Известный специалист по вентиляции профессор Батурин, зная эти недостатки циклонов, предложил очистку воздуха от пыли производить в пылеосадочных камерах, конструктивно напоминающих анфиладу "комнат" со смещенными друг относительно друга дверными проемами. Запыленный воздух входит в дверь и за счет расширения теряет свою скорость. Ранее поддерживаемые струей крупные частицы пыли при этом также теряют скорость и падают. Освободившись от тяжелых частиц, воздух входит в следующую "комнату", и там из него выпадают более мелкие фракции. Затем следуют третья и четвертая "комнаты", затраты энергии на прохождение которых в камере Батурина очень незначительны. Ведь скорость движения воздушного потока здесь ничтожно мала.
Но кроме энергии есть и другая статья затрат -- стоимость самого аппарата. Ведь для того чтобы разместить на заводе анфиладу "комнат", нужно пожертвовать производственной площадью; чтобы сделать стенки камеры непроницаемыми, нужно вложить ценный материал и труд рабочих. Словом, экономия на электроэнергии полностью поглощается капитальными затратами.
Может быть, чтобы как-то сократить габариты камеры, в нее поместить коронирующие и осадительные электроды. Но тогда получится электрофильтр. Его сопротивление потоку воздуха тоже ничтожно, но электрооборудование, необходимое для создания потенциала, и его эксплуатация обходятся дорого. Построить камеру с дождевальной установкой -- возникает другая проблема: куда девать сточную воду? Поставить в камере генератор ультразвука -- опять нехорошо. На создание ультразвуковых волн расходуется очень много электроэнергии, к тому же они угнетающе действуют на организм человека. И, вообще, все это не ново. И электрофильтры, и оросительные камеры, и ультразвуковые пылеуловители применяются в промышленности, но пока обычный циклон остается вне конкуренции. Его дешевизна, компактность и, в общем-то, не такая уж высокая энергоемкость вполне устраивают многие предприятия. Но есть заводы, где циклоны давно потеряли право на жизнь. И стоят-то они там только потому, что до сих пор не было изобретено пылеуловителя, который обладал бы такой же компактностью, дешевизной и неприхотливостью в эксплуатации, как циклон.
Вот, например, в хлопкообрабатывающей промышленности электрофильтр не поставишь. От электрических разрядов загорится хлопок. Оросительная камера там тоже ни к чему. Улавливаемый из системы пневмотранспорта хлопок должен оставаться сухим. Поставить обычную пылеосадочную камеру? Но на среднем хлопкоочистительном заводе пневмотранспорт выбрасывает такое количество запыленного воздуха, что для его очистки рядом с одним корпусом завода потребуется воздвигнуть такой же корпус, в котором разместились бы пылеосадочные камеры... Не лучше положение на асбестоперерабатывающих, льноперерабатывающих и многих других предприятиях. Словом, нужен не циклон, а антициклон.
"Антиконструкция" родилась совершенно случайно. Как это произошло, я расскажу позже. В поисках способа улавливания пыли мне пришлось сделать все наоборот: подавать запыленный поток не по касательной к корпусу циклона, а по его вертикальной оси. Очищенный же воздух отсасывать из патрубка, который раньше назывался входным. Циклон сделали стеклянным с подвижным входным патрубком, расположенным по вертикальной оси так, что его торец был направлен на отверстие для выгрузки улавливаемого материала. С первых же мгновений испытания стало ясно, что налицо совершенно новый эффект. Парусная пыль при повышении скорости воздуха не тянется послушно за ним, как в обычном циклоне, а с резким хлопком вылетает в пылевыпускное отверстие. И, наоборот, при понижении скорости она, не достигая отверстия, делает поворот кругом и уходит в вытяжной патрубок.
Вот первое и основное отличие нового пылеуловителя от всех его старших собратьев. Ведь и в оросительных камерах, и в электрофильтрах, и в ультразвуковом аппарате, и во всех прочих системах пылеуловителей стоит увеличить скорость прохождения газового потока выше нормы, как сразу ухудшается эффект пылеулавливания. В антициклоне же все наоборот, чем выше скорость потока, тем сильнее летят частицы пыли в отверстие для выгрузки. Из этого следует, что можно сконструировать сверхкомпактный пылеуловитель, ведь площадь его сечения будет уменьшаться пропорционально росту скорости воздушного потока.
Итак, достигнута первая цель технической задачи -- компактность аппарата. Практически он будет занимать вдвое меньше места, чем обычный циклон. Вдвое меньше пойдет на его изготовление листовой стали. Следовательно, и цена его будет значительно ниже. Остается подсчитать эксплуатационные затраты. Для преодоления сопротивления обычного циклона расходуется часть электроэнергии, потребляемой мотором вентилятора. Чем выше сопротивление циклона, тем больше электроэнергии уходит на его преодоление. У антициклона сопротивление в 2 с лишним раза меньше, чем у обычного циклона.
По этому же принципу был сконструирован еще один пылеуловитель, названный двухступенчатым. В нем сочетается обычный циклон с антициклоном. Воздух, содержащий пушистые частицы, например хлопка, входит сначала в обычный циклон и вращается в нем. При этом пушинки сталкиваются и накатываются в довольно большие шарики, из-за высокой парусности они вылетают из циклона и поступают в антициклон, в котором и улавливаются. Здесь обычный циклон выполняет функцию подготовителя пыли для более успешного улавливания антициклоном. Ведь в нем чем выше парусность, тем эффективнее улавливание пыли. Правда, двухступенчатый пылеуловитель менее компактен, чем антициклон, но в нем можно отделить от пушистой пыли тонкую минеральную. В условиях хлопкоочистительных заводов это качество очень пригодится.
Антициклон в чистом виде уже сейчас способен заменить громоздкие пылеосадочные камеры и сетчатые фильтры, устанавливаемые на текстильных предприятиях в системах кондиционирования воздуха перед оросительными камерами. Большую пользу он принесет и в пневмотранспорте, если его использовать вместо циклонов-разгрузителей.
Об антициклоне я рассказал в девятом номере журнала "Техника и наука" за 1974 г. После этого огромный поток писем буквально обрушился на редакцию. Я расскажу о тех своих ответах читателям, которые и сегодня не потеряли своей актуальности.
Меня спрашивали, защищен ли антициклон патентом.
Да, мне выдано авторское свидетельство No 270484 на антициклон, отличающийся тем, что воздуховод, расположенный на вертикальной оси корпуса, через который обычно отсасывают из циклона очищенный воздух, служит для подачи запыленного потока, а воздуховод, подключенный к циклону, обычно служащий для подачи запыленного потока, использован по совершенно новому назначению -- через него отсасывают очищенный воздух. На сочетание двух устройств -- антициклона и обычного циклона -- выдано авторское свидетельство No 336049 (рис.6).
Читатели журнала интересовались, как удалось изобрести антициклон и действительно ли это произошло случайно. Действительно случайно, но таких случайностей в моей жизни было уже несколько. Дело в том, что лет 15 назад в каком-то журнале я прочитал высказывание деда Чарлза Дарвина -- Эразма. Он рекомендовал периодически ставить самые дикие опыты. Так я и поступаю, Я проделал множество таких опытов, и из них ничего не получалось, но было несколько случаев, когда кое-какой эффект наблюдался. Как-то, попав на завод, где были установлены волочильные станы, я поразился огромной запыленности в помещении. Оказывается, пыль, вернее окалина, слетала с проволоки, которую волочили на станах. Ее сдували струи воздуха, подаваемого на проволоку для ее охлаждения.
-- А что если сделать все наоборот? -- спросила сопровождавшая меня сотрудница Н. Бузина.
Стали прикидывать так и эдак и, наконец, высчитали, что оптимальным решением будет не подача воздуха к проволоке, а, наоборот, его отсасывание. В течение нескольких часов жестянщик отключал от стана нагнетательный патрубок вентилятора и подключал всасывающий. Пыль исчезла, а стан продолжал работать как ни в чем не бывало. Н. Бузиной и мне за это предложение выдали авторское свидетельство No 177830 на "Способ охлаждения барабана волочильного стана".
На вопрос, можно ли в центральную трубу антицик-
Рис. 6. Антициклон:
1 -- корпус; 2 -- входная труба для запыленного воздуха; 3 -- кольцевой зазор для входа чистого воздуха; 4 -- входной патрубок для чистого воздуха; 5 -- выходной патрубок для очищенного воздуха; 6 -- конусная перегородка; 7 -- пылевыпускной патрубок.
лона подавать воздух со скоростью 50 м/с, отвечаю -- можно. Чем выше скорость, тем выше и степень очистки воздуха.
Машинист катера А. Вернер спрашивал, можно ли антициклон применить для улавливания в нем искр, вылетающих из выхлопной трубы двигателя. "Нам, -- писал Вернер,-- нужен именно такой компактный аппарат, о котором говорилось в журнале, а то от нас шарахаются суда, груженные пожароопасным грузом".
Антициклон, конечно, поймает искру, но при этом может случиться, что в бункере наберется столько сажи, что она сама загорится и возникнет фейерверк на рейде. Поэтому лучше всего в нижнюю часть корпуса антициклона залить забортную воду, предусмотрев для ее подачи и слива две небольшие трубочки. Главное, чтобы уровень воды не поднимался выше нижнего среза центральной трубы антициклона.
Но не только с вопросами обращались читатели в редакцию журнала. Были письма и совсем иного свойства. Одни спешили поделиться радостью от удачного пуска антициклона, сообщить о том, что и у них появился положительный опыт его применения, некоторые предлагали свои интересные разработки пылеулавливающих устройств.
Старший преподаватель Калининского политехнического института Б. С. Аксенов темой своей научной работы избрал изыскание надежного способа улавливания торфяной пыли, образующейся при добыче фрезерного торфа. Обычный циклон, как показал опыт эксплуатации, недостаточно полно улавливал легкие частицы торфа, кроме того, он громоздок и занимал много места на торфоуборочной машине. Антициклон, который построил Б. С. Аксенов, обеспечил отличное улавливание торфяной пыли.
Параллельно он построил и установку для обеспыли-вания с помощью антициклона воздуха в кабине водителя торфоуборочной машины. Шлейф пыли тянулся за трактором, везущим торфоуборочную машину, обволакивал кабину, проникал в нее через все щели, забивал глаза и органы дыхания водителя. Нужен был очень компактный и эффективный пылеуловитель, в который можно было бы подавать наружный воздух с большим содержанием торфяных частиц, а выпускать в кабину абсолютно чистый. Конечно, в обычном антициклоне до такой степени очистить воздух нельзя. Б. С. Аксенов приехал в Москву ко мне на консультацию. В субботу моя квартира превратилась в мастерскую. Посреди комнаты жужжал пылесос, в подключенный к нему антициклон, сделанный из стеклянной фляги, бросали горстки пыли. Она тучами носилась в воздухе, но ловиться в антициклон не хотела никак. Ведь фракции аэрозолей, витающих в воздухе, значительно тоньше, чем фракции промышленной пыли! Одно дело поймать пыль, отсасываемую вентилятором от дымовой трубы или деревообрабатывающего станка, другое -- заставить ее осесть из окружающей атмосферы или воздуха, находящегося в комнате.
"А ведь пыль все же поймать возможно! -- размышлял Борис Сергеевич Аксенов.-- Нужно только постараться обойти закон Стокса. Сделать так, чтобы частицы эффективно оседали не при минимальной, а при максимальной скорости несущего их воздуха".
Один из экспериментов мы с Борисом Сергеевичем поставили в ванне. Антициклон опустили наполовину в воду и включили пылесос. С огромной скоростью воздух с пылью устремился перпендикулярно слою воды, ударился о нее. И... все пылинки утонули, а очищенный воздух вышел из антициклона. Решение было найдено: для обеспыливания воздуха, поступающего в кабину водителя, нужно в антициклон заливать обычную воду.
Сейчас эксперимент уже позади. Аксенов построил установку для очистки воздуха на действующей машине.
Письмо инженера В. Данского из Калуги привожу почти целиком.
"Дорогая редакция! Ежегодно в стране гибнут при хранении в стогах и хранилищах, теряются при транспортировке и втаптываются в землю миллионы тонн прекрасного сочного сена. А ведь в конечном счете это и масло, и мясо, и молоко! Пока что в сельском хозяйстве применен лишь агрегат витаминной муки (АВМ), выпускаемый фирмой "Нерис". Только он предназначен для переработки свежескошенной травы в муку, являющуюся великолепным кормом для скота. Недостаток этого агрегата, с нашей точки зрения, в том, что он стационарный. Траву к нему нужно возить. Следовательно, потери при ее транспортировке остаются. Идеальный выход из положения -- сконструировать передвижной агрегат, но размеры оборудования, использованного в АВМ, настолько велики, что он не помещается ни на каком шасси. Особенно громоздок циклон. Его диаметр -- 1900 мм, высота-- 2500 мм. Автор помещенной в журнале статьи пишет, что антициклон, разработанный им, почти в 2 раза J компактней обычного и имеет вдвое меньшее аэродинамическое сопротивление. Это как раз то, что нам нужно, чтобы сделать самоходный агрегат для переработки травы в муку непосредственно на месте".
Сразу по получении этого письма В. Данскому были посланы расчеты. Прошло несколько месяцев, и из Kaлуги пришло второе письмо: "Спасибо за помощь, мы разработали антициклон, высота и диаметр которого в 2 раза меньше, чем у обычного циклона. Это и позволило создать компактную установку на колесном шасси. Улавливание вырабатываемой агрегатом муки полное".
Срочно выехавший на место событий фоторепортер привез фотографиию этой впечатляющей самоходной установки. Впечатляющей не только внешним видом, но и своими параметрами: агрегат давал тонну витаминизированного корма в час, он проходил по любому бездорожью и работал на низкосортном топливе.
И еще один интересный вопрос, который мне задал читатель, инженер из г. Гуково Ростовской области А. Г. Заболотский: "Как удалось решить проблему улавливания легких пылей?"
Случается, что проблема, о которой вы еще вчера и не думали, вдруг захватывает вас полностью и не отпускает по нескольку лет. Так случилось и со мной. Однажды, испытывая стеклянную модель циклона, я натолкнулся на совершенно новый эффект, который меня на первых порах просто ошарашил.
В этот день приятные неожиданности буквально преследовали меня. С утра раздался телефонный звонок, и редактор одного журнала обрадовал .меня сообщением, что моя статья о пневмотранспорте вскоре будет опубликована, а я должен подготовиться к визиту фотокорреспондента, который сделает репортаж о моей творческой кухне. Действительно, вскоре появился фотограф. Меня он загнал в угол комнаты, туда же велел поставить кухонный стол, на него пылесос и циклон, вокруг установил ослепительно яркие лампы, а сам стал выбирать точку для съемки. Вскоре объектив был наведен, я сделал каменное лицо, и затвор щелкнул. "Теперь еще",-- скомандовал фотограф. Я принял прежнюю позу. "Да нет же! -- досадовал репортер.-- Нужна экспрессия! Поверните как-нибудь иначе пылесосный шланг. Не смотрите в объектив! Вы работаете, не обращайте на меня внимания! Когда композиция мне понравится, я сниму".
Я включил пылесос и стал бросать хлопья ваты в стеклянный циклон, сделанный из молочной бутылки. Они вращались по окружности, а когда их количество возрастало настолько, что образовывался как бы "пояс астероидов", они, как корабли в старые парусные времена, делали поворот "все вдруг" и мгновенно улетали из циклона-бутылки.
Итак, я на какое-то время увлекся, своими занятиями и даже забыл о фотографе. Вдруг слышу его голос: "Да что вы мне все время один и тот же кадр даете! Неужели нельзя взять циклон не в правую, а в левую руку, повернуть его боком, что ли?"
Вот тут-то оно, это самое, и случилось. "Эх,-- думаю,-- да не все ли равно -- будет ли в бутылке циклонный эффект, поверну все вверх ногами, задом наперед и совсем по-другому. Что будет, то будет!"/Лихорадочно переменил я концы пылесосного шланга так, что запыленный поток стал входить не сбоку бутылки по касательной к ее поверхности, а с торца в то место, где было дно. В первое мгновение я ничего не понял. Такое впечатление, что в бутылке стал работать диафрагменный насос. Резкие хлопки, как такты поршневой машины, стали четко ощутимы. Посмотрел сбоку и увидел, что из верхнего патрубка, который минуту до того был выходным, частицы пыли, как из пушки, влетали в горлышко бутылки. Не поверил глазам. Еще и еще раз повторил этот до смешного простой, но совершенно необыкновенный опыт. Впускал в циклон бумажки, пепел от сигарет, кусочки шерстяных ниток. Я то подключал циклон по обычной схеме, то опять делал все наоборот. Наоборот циклон работал значительно лучше. В частности, вата по обычной схеме вообще не ловилась, наоборот -- ловилась почти полностью. Шерстинки от кроличьей шапки вели себя точно так же.
О том, что идет съемка, я вспомнил только тогда, когда фоторепортер сказал, утирая с лица пот: "Все! Вы стали повторяться, и пленка у меня кончилась!"
Забегая вперед, скажу, что фотограф в тот день побил все существовавшие до него рекорды -- из 72 отснятых кадров, на которых было одно и то же лицо с одними и теми же предметами, редакция приняла 22!
Впоследствии я сложил из этих фотографий своеобразный фильм, в котором можно было проследить поведение пылевых частиц при различном положении входных и выходных патрубков циклона.
Но неожиданности, которые может принести метод исследования по принципу "делай все наоборот", еще не закончились. Впереди было опробование установки по мокрому способу.
Отечественные и зарубежные изобретатели создали десятки конструкций очистных устройств, так или иначе использующих струи воды. Достоинства всех этих фильтров неодинаковы. Один -- компактен, другой -- высокопроизводителен, третий -- надежен, но недостаток у них общий: большой расход воды и необходимость сооружения очистных установок и бассейнов. Задумав усовершенствовать мокрые пылеуловители, я стал наблюдав за фонтанами на Пушкинской площади, на скверике Большого театра в Москве, ездил смотреть знаменитые фонтаны в Петергофе. Но больше всего мне понравился естественный фонтан на мысе Казантип в Азовском море. Набегающая волна вымыла в скале нависающий козырек. Во время шторма волна ударяется о скалу, поднимается вверх и мириадами брызг обрушивается обратно в море. Вот это фонтан! Без насоса, без труб и без очистных сооружений. А воздух! Лучшего, чем на мысе Казантип, не найти нигде в мире. Он промыт морской водой и насыщен отрицательными ионами, как в аэрарии.
Конечно, я попытался построить искусственный "мыс Казантип". Совместить в одном корпусе вентилятор и пылеуловитель мне не удалось, но зато удалось другое. В корпусе нового аппарата прекрасно ужились очистка воздуха и осветление воды. Как же он устроен? Цилиндрический корпус наполовину заполнен водой, и туда введена труба. Она немного не доходит до уровня воды. Вокруг нижнего конца трубы, словно на хвосте ракеты, наварены лопасти, а выше надет конусный козырек. верхней части корпуса пылеуловителя смонтирован обычный вентилятор. Он прокачивает через все устройство газ или воздух.
Газ идет по трубе под некоторым давлением и, выходя из нижнего отверстия, как бы вминает водное зеркало под лопастями. В этот зазор устремляется очищенный газ и увлекает воду. По косым направляющим лопастей газоводяная смесь движется со скоростью 10--20 м/с. Она приобретает вращательное движение и, подобно кольцам Сатурна, крутится вокруг козырька. Контакт воды и газа настолько тесен, что они не могут не смешиваться. Вода поглощает примеси и, ударившись о козырек, обрушивается вниз, а очищенный воздух свободно выходит наружу.
Но ведь вода насыщается пылью, как ее очистить? В нижней части корпуса пылеуловителя сделан конус. В нем в виде шлама осаждается пыль и периодически сливается прямо в кузов самосвала или с помощью шнека удаляется в отвал. Шлам довольно густой и быстро застывает на воздухе.
Теперь отпадает необходимость в строительстве очистных сооружений. Становится излишней и такая каверзная деталь, как водораспределительное устройство для фонтанирования воды. В новой конструкции не нужны также насос, форсунки и водонапорные башни. Фонтан образует сам воздух во время очистки.
Подобные пылеуловители уже работают на одном московском заводе. Там установлены восемь цилиндрических элементов производительностью 50 тыс. м3/ч. Шлам из-под них удаляется скребковыми транспортерами. Применили его и текстильщики одной из фабрик технических тканей. Здесь он очищает воздух и заодно его кондиционирует.
Довольно часто в лабораториях и на опытных установках газ очищается великолепно, а на предприятии выясняется, что уловитель никуда не годится: пыль забивает трубопроводы, налипает на электродах и сетках и в конце концов загрязняет помещение, где установлен фильтр. Сложная конструкция требует тщательной балансировки, регулярной чистки, шлифовки внутренних поверхностей и высокой квалификации обслуживающего персонала. Все это сдерживает ее широкое применение. Поэтому у инженеров-эксплуатационников сложилось убеждение, что хороша лишь конструкция "из-под топора", т. е. предельно простая вещь.
Долгое время мне пришлось работать над усовершенствованием пылеуловителей циклонов. Меня изводила шероховатость их стенок. Мельчайшая неровность, сварной или вмятина на корпусе -- и запыленный поток отбрасывался от стенки. Желаемого расслоения "пыль воздух" не получалось. Решил сделать циклон из стекла -- достаточно гладкого материала. Снова пришлось взять обычную литровую бутылку из-под молока. Но и эта, казалось бы, идеально гладкая поверхность тормозила частицы. Через стенки бутылки было ясно видно, как легкие фракции -- хлопок, пух -- ни в какую не хотели спускаться по спирали в горлышко бутылки, делали пируэт в сторону и вылетали вверх в атмосферу.
У меня опустились руки. Все испробовано, надежд никаких. Я отсоединил отсасывающий шланг от патрубка, введенного по оси устройства, и не знаю, зачем присоединил его к тому патрубку, в который вводят запыленный поток. Получился прямоточный прибор.
Ни минуты не думал, что из этого опыта выйдет что-либо путное, но эффект получился. Частицы пыли, впускаемые в патрубок, опущенный сверху по оси циклон стали делать забавные кульбиты. Они не поворачивал сразу, как этого можно было ожидать, в отсасывающий шланг, а продолжали с большой скоростью лететь вниз Причем чем большей парусностью они обладали, тем ниже ныряли. Самые пушистые и легкие, вообще, вылетали наружу через нижнее отверстие. Как бы заставить частицы осесть? Возникла идея подстелить липкую бумагу. Но где взять столько липучки? Если налить в корпус циклона какую-нибудь жидкость, например воду, то пыль вскоре покроет ее поверхность ровным слоем и дальнейший эффект осаждения пропадет. А что если прямо под трубой поместить обечайку?
У второго циклона я смонтировал под вертикальным патрубком чашу без дна, а сам, патрубок снабдил соплом. Нижнюю его кромку погрузил а воду. Мне удалось убить сразу нескольких зайцев: частицы, летящие с большой скоростью, сталкиваются с зеркалом налитой в чашу воды; поток воздуха, увлекая загрязненную воду, находящуюся в чаше, выплескивает ее наружу через края; чистая вода поднимается через отверстие в дне чаши и занимает место ушедшей; вода, выплескивающаяся из чаши, создает для уже частично очистившегося воздуха еще ряд пленочных завес, в которых улавливаются оставшиеся частицы пыли.
Первую модель гидродинамического пылеуловителя пришлось делать в домашних условиях. Корпусом служила стеклянная фляга емкостью 50 л, сопло мне выточил токарь на заводе, роль чаши выполнил обыкновенный деревенский чугунок, у которого я отпилил дно. Испытания с помощью пылесоса производил в ванне. Эффект очистки сразу получился отличный.
Поток запыленного воздуха (запылял я его зубным порошком, тальком и сажей) со страшной силой ударялся о зеркало воды и своим давлением заставлял ее подняться вверх. При этом в чаше образовывался водяной круговой фонтан, через который проходил уже частично очищенный воздух. Фонтан отбирал у воздуха еще какое-то количество пылинок. Доходя до верхней кромки сопла, вода каскадом обрушивалась вниз, и уже дважды очищенный поток воздуха, проходя через него, освобождался от последних пылинок.
На гидродинамический пылеуловитель мне вскоре выдали авторское свидетельство No 177848. Дальнейшие опыты были перенесены прямо в цехи Московского чугунолитейного завода имени Войкова. Задачи, которые поставили передо мной руководители завода, вкратце можно было сформулировать так: максимум очистки, минимум расхода воды и минимум хлопот по эксплуатации. Зато мне предоставили широчайшее поле деятельности. Первый рабочий образец решили делать сразу на производительность 5 тыс. м3/ч.
Когда уже были рассчитаны сопло и чаша, мы с начальником энергомеханического отдела С. Г. Быченковым стали решать, из чего их делать. Поразмыслив, решили делать их литыми из серого чугуна, ведь завод-то чугунолитейный.
Сейчас на заводе работают три модификации гидродинамического пылеуловителя. Первая состояла из шести сопл и чаш, расположенных в два ряда по три комплекта в каждом. Резервуар с водой для всех шести комплектов общий. Оседающая в нем пыль в виде пасты удаляется самотеком в промежуточную емкость и периодически отвозится в отвал, а вода используется повторно. Производительность всей системы примерно 30--40 тыс. м3 запыленного воздуха в час. Сопротивление по воздуху 50 мм вод. ст.
Вторая модификация была проще: в конусный бункер заливается вода, а цилиндры с комплектами чаш и сопл поставлены сверху бункера кругом. Эта установка привлекла- внимание заместителя министра промышленности строительных материалов. Была создана компетентная комиссия из представителей различных институтов, под руководством которой лаборатория пылеулавливания
ВНИИ санитарной техники провела испытания и засвидетельствовала коэффициент очистки -- 99%, производительность-- 50 тыс. м3 воздуха в час, сопротивление -- 80 мм вод. ст.
Главное, на мой взгляд, состоит в том, что запыленность в выбросной трубе после гидродинамического пылеуловителя составляет всего 7 мг на 1 м3 воздуха. Это почти в 10 раз меньше допустимой нормы.
А самая лучшая установка была построена после окончания работы комиссии. Этот пылеуловитель представляет собой комнату с дверью, окнами и даже с электрическим освещением. Внутри нее установлены комплекты чаш и сопл. Между ними можно свободно ходить и периодически, раз в месяц, осматривать. На заводе построено пять таких камер на разное количество комплектов сопл и чаш. Вода во всех пылеуловителях непроточная. Поэтому отпадает необходимость в строительстве водоотстойников, не загрязняются водоемы. Практически можно сделать помещение и на 60 комплектов. Тогда в камере будет очищаться 400 тыс. м3 газа или воздуха в час. Например, на Ростсельмаше работают такие установки по 200 тыс. м3/ч.
Пока гидродинамические пылеуловители внедрены лишь на нескольких предприятиях. Я думаю только потому, что не налажена серийная отливка чаш и сопл. Каждый раз заводу, задумавшему внедрить новинку, приходится самому делать модель и отливать детали метрового диаметра, а для этого не у всех есть условия.
На ряде заводов сопла и чаши сварили из листовой стали. Однако надежда на то, что они прослужат достаточно долго, очень мала. Ведь работают они в загрязненной абразивными частицами воде. Лучшим выходом из положения, на мой взгляд, было бы централизованное изготовление сопл и чаш на одном из чугунолитейных заводов. Стоимость комплекта по опыту предыдущих заказов составляет 10 руб. Заводу, пожелавшему внедрить гидродинамический пылеуловитель, останется только выделить или построить под него подходящую камеру и подвести к соплам трубопроводы. В помещении площадью 15 м2 может разместиться десять комплектов сопл и чаш. Это обеспечит отличную очистку 50--60 тыс. м3 запыленного воздуха в час,
Общественные конструкторские бюро, комплексные бригады и другие формы творческого содружества обычно складываются в рамках предприятия или научно-исследовательского института, где работают все их участники. Оправданы ли творческие коллективы вне этих рамок? Здесь рассказывается о группе специалистов разных ведомств, объединившихся исключительно по собственной инициативе для решения конкретной технической задачи. Такая группа энтузиастов -- не единственная в своем роде, но и не массовое явление. Вместо противопоставления изобретателей-одиночек творческим коллективам следует перейти к поискам наиболее рациональных форм их совместной деятельности. Возможно, изобретательские группы могут быть одной из искомых форм. Мозговой штурм проблемы нередко дает положительный результат.
Однажды, когда мы, участники общественного конструкторского бюро (ОКБ), встретились в министерстве с представителем официальной фирмы, он в сердцах сказал: "Слишком много вам дают свободного времени! Вот увижу вашего директора, скажу, что его люди не загружены!"
Обидно было товарищу, что, будучи руководителем большой лаборатории с ассигнованиями, штатом, новейшим оборудованием и просторными помещениями, он за годы ее существования разработал только одно изобретение, которое на поверку оказалось хуже предложенного общественниками. ОКБ ютилось при цеховом совете ВОИР, и работали в нем в основном молодые специалисты. А вот поди ж ты, вечерами разрабатывали новые решения, получали авторские свидетельства, внедряли... Все на энтузиазме!
Года два спустя встретились с этим товарищем уже по-хорошему. Разговорились.
-- Думаете, я не хотел бы так же, как вы, просиживать вечера в теплой компании? -- заметил он.-- Я ведь тоже люблю свое дело. Но попробуйте наших людей хоть на полчаса задержать после работы! Одной нужно в магазин, другой в ясли за ребенком, третий билет в театр взял... Да и прав я таких не имею -- людей задерживать. А в рабочий день над нами план висит. Отчеты по темам, хоздоговоры, финансовые дела, вечная спешка.
Действительно, парадокс! Люди, у которых все есть, оказались в худшем положении, чем "партизанское" ОКБ.
Чем это объяснить? Некоторые думают: дал команду-- и все закрутилось. Появились изобретения, открытия, диссертации и патенты. А того не понимают, что за восьмичасовой рабочий день хорошие идеи не всегда рождаются. Для них нужно нерабочее время. Обязательно. Почему? Потому что для появления в голове нестандартных решений голова эта требует как минимум свободы от заботы об отчетах. Совещания, согласования иссушают мысль. А в ОКБ -- обстановка иная. Сделал конструкцию-- молодец! Не сделал -- не беда: она не в плане. Захотел поработать? Садись за свободный кульман! Не захотел, можешь просто так покалякать с друзьями.
Ценная особенность групп, работающих на общественных началах,-- их временный характер. Создаются они для решения технической задачи и функционируют лишь до тех пор, пока она не решена. Исчерпан вопрос-- группа, если нет новой объединяющей цели, может распасться. Высасывать из пальца новую задачу нет нужды. Ведь руководство ОКБ не озабочено выколачиванием ассигнований на следующий год.
Правда, есть трудности иного плана. Плохо с оборудованием, помещением для занятий, нечем платить машинисткам и копировщицам.
Не каждый годен для работы в ОКБ. Парадоксальность в том, что для работающего на добровольных началах понятия "свободное время", "семейный уют", "мой дом -- моя крепость" теряют свою определенность.
...Раздается телефоный звонок. Говорит старший научный сотрудник крупного московского института:
-- Вы автор гидропылеуловителя, о котором писалось в "Изобретателе и рационализаторе"? Мы вот собрались в одной гостеприимной квартире и поспорили, настоящий вы изобретатель или случайный? Если настоящий, то в течение ближайшего часа вы будете у нас. Гарантирую, будет интересно.
Удивленный таким предложением, я не то что не успел, не решился спросить, что за дело ко мне у собравшихся. А потом всю дорогу на чем свет стоит ругал неизвестного мне гражданина, таким примитивным способом вытащивщего меня из дому, а заодно корил и себя за доверчивость и любопытство.
Дверь открыл высокий худой