ИЛИ ДВА ЧАСА ВМЕСТО ДВУХ ДЕСЯТИЛЕТИЙ

АРИЗ не оставляет право мыслить не смело.

, Генрих Альтшуллер

Главный энергетик отвел взгляд отвысоковольтных изоляторов и задумался. Ситуация складывалась неважная: каждую минуту на высоковольтной воздушной линии электропередачи могло произойти короткое замыкание. Вначале робкой, незаметной змейкой электрический разряд пробежит по загрязненной поверхности изолятора, затем, через мгновение, он превратится в бушующую молнию, и охваченная пламенем гирлянда изоляторов рухнет на землю.

Энергетик перебирал в памяти все, что было связано с проблемой очистки изоляторов. Почти все способы требовали отключения линии. Но без электроэнергии завод нельзя было оставлять даже на час! Спешно строилась дублирующая высоковольтная линия, которая должна была заменить основную на период ее чистки.

Это было дорого, крайне неудобно, но десятирублевый изолятор неумолимо диктовал свои условия.

Можно было бы мыть его мощной струей обыкновенной воды, но она проводит ток, и не избежать короткого замыкания на землю.

Пробовали посылать струю воды вверх короткими импульсами с разрывами между ними. Такая струя не дает связи с землей, но, ударив о корпус изолятора и распыляясь, она замыкала провода уже между собой. Снова короткое замыкание!

Безопасно мыть изоляторы можно было только дистиллированной водой, но ее нужны десятки тонн. Чтобы получить такое количество, придется построить установку, которая будет дороже многих сотен новых

изоляторов. Память подсказывала еще несколько способов очистки изоляторов, разработанных проектными и исследовательскими институтами. Однако за 20 лет своей практики главный энергетик так и не видел их в действии. Вероятно, это были тоже неудачные попытки.

Главный энергетик открыл книгу «Эксплуатация изоляторов высокого напряжения» В. Д. Абрамова, пытаясь найти в ней хоть какую-нибудь подсказку. На стр. 111 он узнал, что на настоящее время самый надежный способ очистки изоляторов состоит... в его ручной протирке тряпочкой, смоченной в растворителе. Энергетик раздраженно захлопнул книгу, предназначенную для инженерно-технических работников монтажных и проектных организаций, и зашагал в сторону, где, натужено поскрипывая, работал автокран, устанавливая опоры для новой дублирующей линии электропередачи. Все оставалось по-старому. Надежды чистить изоляторы, не отключая линию, не было.

Вот такая сложилась ситуация. Возьметесь вы за решение этой проблемы? Не смущайтесь ее «вековечной» неразрешимостью. У нас есть великолепное оружие — алгоритм решения изобретательских задач — АРИЗ 85В. Мы будем точно следовать его указаниям и остановимся там, где получится более иля менее приемлемое решение. Итак, начнем. Но прежде несколько пояснений.

С основными понятиями, входящими в алгоритм, мы уже познакомились раньше, поэтому, решая задачу, не будем их расшифровывать. Алгоритм — сложный инструмент и предназначен для решения сложных задач, которые не поддаются стандартам.

Следует также помнить, что алгоритм нужен для управления нашим мышлением, а не для замены его. Нужно предельно точно и обдуманно отвечать на вопросы. Рекомендую вначале ознакомиться с общим текстом алгоритма в приложении, а лишь затем приступить к разбору этой частной задачи. Итак, ход рассуждений следующий:

1.1. Уточнение и выявление мини-задачи.

Техническая система в месте возникновения задачи включает в себя: провода, опоры, изоляторы. Первое техническое противоречие — ТП-1:

Если изоляторы промывать водой, они очищаются от пыли, но при этом требуется отключать электролинию.

Второе техническое противоречие — ТП-2: Если изоляторы не промывать водой, тогда не требуется отключение линии, но на изоляторах накапливается пыль и возможен их пробой.

1.2. Выявление конфликтующей пары.

Таковой являются запыленный изолятор и вода. При этом изолятор будем считать изделием, а воду инструментом.

1.3. Составление схемы технических противоречий.

ТП-1 и ТП-2 ТП-1 Вода есть:

Вода хорошо воздействует на изолятор, но плохо на линию.

ТП-2 Воды нет:

«Отсутствующая» вода хорошо воздействует на линию, но плохо на изолятор.

1.4. Выбор технического противоречия. Главная цель системы — передача электроэнергии.

Выбираем ТП-2 (не надо отключать линию).

1.5. Усиление технического противоречия. Поверхность изоляторов не промывается водой и

вообще не чистится десятилетиями. Это максимально упрощает эксплуатацию линии и не требует никакого за ней ухода. Но пыль крупными хлопьями оседает на изолятор и приводит его к ежеминутному замыканию.

1.6. Составление модели задачи.

Воды нет, изоляторы не промываются, пыль беспрепятственно оседает на их поверхность, но замыкания не происходит.

Какой-то икс-элемент дает возможность, не отключая линию, предотвращать скопление пыли на изоляторах. Нужно найти этот икс-элемент.

2.1. Выбор оперативной зоны — ОЗ. Поверхность изоляторов и примыкающий к нему

слой воздуха.

2.2. Выбор оперативного времени — 0В. Оседание пыли на изоляторы идет практически

круглосуточно.

Итак, пока неизвестный нам икс-элемент должен круглосуточно очищать поверхность изолятора, а точнее, не допускать оседания на него пыли из прилегающего слоя воздуха.

2.3. Анализ вещественно-полевых ресурсов — ВПР,В системе и окружающей среде имеются: изолятор, воздух, пыль, опоры, провода, электрический ток, переменное электромагнитное поле, ветер, солнце, гравитация.

3.1. Составление идеального конечного результата— ИКР-1.

Икс-элемент, абсолютно не усложняя систему и не вызывая вредных явлений, предотвращает в течение всего времени работы оседание пыли на изоляторы, сохраняя возможность не отключать линию. Проверяем, который из элементов, выявленный при анализе ВПР, сможет выполнить роль икс-элемента. Попробуем поставить на его место воздух. Вот он старательно крутится вокруг изолятора и не подпускает к нему пылинки.

В принципе это возможно, если мы подведем к изоляторам чистый сжатый воздух и будем постоянно дуть на него. Такое решение уже есть, и на него выдано авторское свидетельство. Однако это решение значительно усложняет линию электропередачи я требует специальных компрессорных установок для получения сжатого воздуха, устройств для его очистки, манометры, распределители, трубопроводы, краны и многое другое.

Как видим, мы далеко ушли от идеала. Продолжим анализ задачи.

3.2. Усиленный ИКР.

Изолятор сам, используя энергию окружающей среды, не дает пылинкам оседать на его поверхность или, по крайней мере, сбрасывает их с себя.

Как это может быть? Ведь для того, чтобы сбросить пылинку или не дать ей осесть, нужно в оперативной зоне — поверхность изолятора и прилегающий слой воздуха — затратить какую-то энергию. Какую?

Из окружающей среды есть ветер, ток в проводах, переменное электромагнитное поле, пронизывающие пространство вокруг изолятора, и гравитация. Попробуем по порядку использовать эти виды энергии, чтобы изолятор «сам» не давал пылинкам оседать на его поверхность.

Рассмотрим вначале возможности ветра.

Итак, ветер, несущий пылинки, воздействует на изолятор и превращает его поверхность в «неудобную» для оседания на нее пылинок. Мы получили новую мини-задачу. Возникает несколько решений.

Можно придать изолятору такую аэродинамическую форму, при которой происходили бы его периодические колебания. В одном из авторских свидетельств? № 411 523 так и сделано. Изолятор выполнен в видев гибкой эластичной шайбы, края которой полощутсяЬ как полотнища на ветру и сбрасывают с себя пыль.

Можно также придать изолятору винтовую форму и обеспечить возможность его вращения. Тогда под действием ветра изолятор будет вращаться и центробежные силы отбросят пылинки. Есть еще несколько вариантов использования ветра, но пусть читатель саз подумает над ними. Но любые из них, в том чисЛ( и приведенные, потребуют от нас значительных ко4 структивных усложнений изолятора. Это еще уводи от идеала, который требует, чтобы изолятор не изм1 нялся или изменялся незначительно. Кроме того, некоторых районах нашей страны, в частности в Сибири, зимний морозный воздух может неделями стоять неподвижно, создавая идеальные условия для оседания пыли на изоляторах и ее закрепления. Решение явно не подходит к массовому внедрению. Как быть?

Меняем энергетическое поле. Следующим на очереди стоит электрический ток в проводах линии. Задача теперь звучит так: как сделать, чтобы электрический ток, воздействуя на оперативную зону — поверхность изолятора и слой воздуха — не допускал оседания на нее пылинок? Можно попытаться придать поверхности изолятора электрический заряд, одинаковый с электрическим зарядом пылинок. Куло-новские силы будут отталкивать пылинки, и изолятор останется чистым. Но, как правило, в воздухе имеют-

ся и отрицательно, и положительно заряженные пылинки. Путь явно не подходит. Кроме того, если на '• поверхности изолятора появится какой-то потенциал, ето значительно снизит его электрическую прочность.

В практике была предпринята попытка использовать электрический ток обходным путем: под изолятором располагали электрическую спираль. Потоки горячего воздуха, поднимаясь вверх, осушали поверхность изолятора и сдували с него пылинки.

Увы, мы еще более удалились от идеала, недопустимо усложнив сам изолятор.

Из имеющихся энергетических полей остались нерассмотренными электромагнитные колебания в воздухе, порождаемые проводами линий.

В отличие от ветра, они присутствуют всегда, пока течет в проводах переменный ток. Для их подвода в оперативную зону не требуются какие-либо провода или спирали. Еще раз уточняем задачу: электромагнитные колебания в воздухе, попадая в оперативную зону, исключают оседание пылинок на поверхность изолятора. Но изолятор не чувствует электромагнитные колебания! Как быть?

С надеждой на алгоритм делаем следующий шаг.

3.3. Формулирование физического противоречия на макроуровне.

Корпус изолятора должен чувствовать электромагнитное поле, но не может, т. к. электрически нейтрален.

Найденное физическое противоречие попытаемся преодолеть, используя основные принципы их разрешения (приложение 1). Например, по одному из них мы должны разнести противоречивые требования в пространстве. Это значит, что изолятор должен состоять из двух частей: нечувствительной части, которая удерживает провода, изолируя их от опоры и земли, и чувствительной части, которая принимает электромагнитные волны и преобразует их, например, в механическую энергию для удаления пыли. Здесь возможны также несколько решений.

Одно из них следующее: из провода линии образуем несколько витков спирали, получая своеобразный соленоид. Внутри соленоида расположим стержень, который опирается на корпус изолятора. При прохождении переменного тока стержень будет вибрировать и сотрясать весь изолятор, не допуская воз-

можности осесть пылинке и укрепиться на его поверхности. Это решение уже ближе к идеальному — изолятор изменился мало. Но все же решение, выполненное на макроуровне, предлагает сотрясение всего корпуса изолятора. Это может иметь вредные последствия. При достаточно длительной работе внутри корпуса появятся усталостные трещины, и изолятор выйдет из строя. Нужно повысить надежность устройства. Пойдем дальше по алгоритму, углубляясь в микроструктуру оперативной зоны.

3.4. Формулирование физического противоречия намикроуровне.

В оперативной зоне (поверхность изолятора) должны быть частицы вещества, которые чувствуют переменное электромагнитное поле и, «сотрясаясь», должны удалять с себя пыль, и не должны быть такие частицы, чтобы не нарушить электрическую и ме-.ханическую прочность корпуса изолятора.

Как видим, противоречие очень жесткое, и кажется, что задача вообще стала неразрешимой. Но это темнота перед рассветом. В принципе, перед нами уже не изобретательская, а чисто физическая задача,

3.5. Формулирование идеального конечного результата ИКР-2.

Частицы вещества в тонком слое по поверхности изолятора сами сотрясаются под действием внешнего электромагнитного поля, но не изменяют электрических и прочностных характеристик изолятора.

Итак, смысл новой задачи состоит в том, чтобы найти такое электронепроводящее вещество, которое бы под действием электромагнитного поля меняло свои размеры, создавая микровибрацию на поверхности изолятора. Что это за вещество? Давайте потратим несколько минут, чтобы полистать справочник по физическим свойствам материалов.

Есть! Есть такой материал — это магнитострикционная керамика, которая не проводит электрический ток, но, помещенная в переменное магнитное поле, меняет свои размеры. Эти изменения минимальны, но они достаточны, чтобы изолятор имел «колеблющуюся» поверхность и не давал пылинкам осесть на нее.

Находясь в зоне переменного магнитного поля линии, изолятор будет мелко-мелко дрожать, сжимаясь и разжимаясь 50 раз в секунду, не позволяя прика-

саться к себе и оставаясь всегда чистым. Чтобы эти колебания, хотя и минимальные, не передавались корпусу изолятора, под магнитострикционным слоеМ нужно расположить слой резины или пластмассы.

Мы почти вплотную приблизились к идеалу. Нужно всего-навсего-то покрыть существующий изолятор магнитострикционной краской на мягкой основе, и проблема его очистки исчезнет. Пока работает линия электропередачи, изолятор будет чистить сам себя*,

Теперь остается конструктивная и технологическая проработка найденного решения. Это тоже боль* шая и сложная работа, но она уже видится реально выполнимой, т. к. для нее требуются лишь знания специалиста.

Остается добавить, что это решение найдено мной после случайного знакомства с проблемой очистки изоляторов. Потребовалось два часа управляемого по алгоритму мышления, запись которого воспроизведена почти документально, чтобы найти несколько вариантов оригинальных решений, включая и изложенный. Алгоритм действительно сильное оружие изобретателя. Вероятно, вы заметили — пройден не весь алгоритм. Остались неиспользованными еще многие его шаги. Попытайтесь пройти их сами. Это принесет вам много приятных минут.

Например, 8-я часть алгоритма шаг 8.3. рекомендует использовать полученный ответ при решении других технических задач. Где можно применить вибрирующее покрытие?

Представьте, вы купили автомобиль, который никогда не нужно мыть. Верхний слой его краски, подключенный к переменному магнитному полю, вибрирует несколько сот раз в секунду, не давая возможности удержаться на ней ни пыли, ни грязи. Кроме того, снизится сопротивление воздушному потоку воздуха, а значит, уменьшится и расход бензина.

Вы знаете, насколько легче входит в землю вибрирующий наконечник отбойного молотка в сравнении с обычным ломом. Этой же краской можно по-_s крывать и корпуса кораблей, тогда они не будут обрастать водорослями и ракушками, которые значительно увеличивают гидросопротивление корпуса. Но

это пока предположение, окончательный ответ даст практика. И вот в газете «Социалистическая индустрия» от 20 ноября 1986 г. появилось сообщение о том, что французские специалисты провели подобный опыт. Они покрыли днище судна краской, которая вибрирует под действием слабого переменного тока. Наблюдения показывают, что уже в течение длительного времени к днищу судна не прилипла ни одна ракушка.

Если покрыть такой краской высокочастотный провод, навсегда исчезнет опасность обледенения. Увеличив прочность магнитострикционной керамики, можно сделать из него новый резец, который будет иметь лучшие характеристики, чем все известные. Открывается целая область новых технических идей.