475
Очікуваний екзотичний або недорогий "perpetuum mobile"?
Сплави з ефектом форми пам'яті
СРСР Г.В. Курдюмов і Л.Г. Хандорсон у 1948 р. запропонував сплаву доповнився здатністю після значних пластикових деформацій для відновлення оригінальної форми при нагріванні до певної температури. У 1980 році цей винахід був визнаний відкриттям і був відомий як ефект Курдюмова (вплив відновлення даної конфігурації або ефекту форми пам'яті).
Описаний ефект практично відтворений наступним чином. Попередня заготовка з такого сплаву, наприклад, дроту, дати потрібну форму. Потім нагрівають і охолоджують. Далі він випрямлявся. При подальшому нагріванні дріт обов'язково візьмуть свою оригінальну конфігурацію.
Механізм цього явища не зовсім чіткий. Мартенсітичні реакції реверсуються. Коли зразок нагрівається, вони йдуть один спосіб, коли охолоджується в зворотному напрямку. Фізичні процеси, що відбуваються під час мартензитичних трансформацій, є настільки складним, що експерти говорять про «генетичні властивості кристалів». Незважаючи на неповну чіткість фізичного механізму цього явища, він надходить в наше практичне життя.
У 1958 році вперше отримано сплав з ефектом пам'яті форми - нітинол. Нітінол - нікель-тиноєвий сплав. Це досить комплексне виробництво. Для досягнення необхідної температури переходу, співвідношення нікель до титану в сплаві необхідно підтримувати високу точність. Цей сплав фази переходить вище температури приміщення, але нижче точки кипіння води. Якщо титановий нікельйд додається з праскою, температурний діапазон поширюється від приміщення до кипіння точки рідкого азоту. Необхідна чистота виробництва забезпечується застосуванням вакуумних печей і комплексного допоміжного обладнання. Тому поширене використання нітинолу обмежується високою вартістю, а іноді інерцією нашого мислення. Але триває пошук шляхів зниження вартості виробництва нітинолу. І деякі фірми, такі як корпорації Spetsl Metals США, мають намір розпочати комерційне виробництво нітинолу з прийнятною комерційною вартістю. . й
Найпоширенішими додатками нітинолу сьогодні
На додаток до пропульсії, побудованої в кінці XX століття американськими банками, інші втілені в металі "промислова пропульсія" на основі нітинолу диска в світовому пресі не відзначається. Фахівці знають достатні посилання (більше 1000 за різними джерелами) про запатентування різних моделей приводів нітинолу і пропульсних агентів, але ці винаходи не перенесли за собою патентні заявки.
Robotics пішов трохи далі, використовуючи мікрон нітинол нитки як електронні м'язи. Як завжди японські дивуються. При проході через нітинольну нитку слабких струмів «м'якоть» розвиває сили сотні разів вище людини.
Як допоміжні додатки, нітинол використовується в ряді пристроїв, зразки яких передбачають рух, викликаних нагрівом. Наприклад, нітинол використовується в протипожежних пристроях, використовується для ущільнення швів літаків, підводних човнів і запобігання витоку випромінювання на атомних електростанціях. Трубні з'єднання, виготовлені з формового сплаву пам'яті з відповідними розмірами стін і зчеплення з товщиною тіла всього 2 мм, можуть витримати високий тиск (з сотою атмосферою).
Неподалік площі. Розроблено компактні антени «самовідкриття», спочатку на землі, щільно упаковані для легкого перевезення на зовнішній простір.
Нітинол також широко використовується в медичній галузі. Сьогодні, по всьому світу стали відомими брекет-системами, які використовуються для вирівнювання змінного біту в стоматології. Розроблено унікальний стент для судинної хірургії, який може витримати від 10 до 20 мільйонів циклів стиснення-експансія відповідно до затверджених норм FDA та різних ортопедичних пристроїв з дозованим правильним навантаженням на уражену кісткову тканину.
Потенційні застосування нітинолу
Електромеханічний контролер очищення автомобіля
Проблема аварійного регулювання наземного очищення автомобіля поширена в світі, у випадках, коли необхідно долати «дифузульти» ділянки дороги в декількох кілометрах (підурбанне шосе, змивається дощом, наприклад) і повернути висоту заземлення «на своє місце». Є варіанти розв’язання пневматичних ліфтів, але також скарги на їх оперативну крихкість. У альтернативі пневматичним, різні компанії пропонують амортизатори стійки з механічним методом підйому (пересадка - гайка), але потім є маса БУТ, в тому числі однаковий рівень підйому з нерівномірним зносом амортизаторів переднього і задньої частини, необхідність забезпечення доступу до горіха, шляхом видалення колеса ... і манікюру, нарешті.
Розчин з весною нітинолу може бути доступний будь-яким механіком автомобіля. З огляду на спіратичну операцію даного приводу, дизайн прослужить довше, ніж амортизатори будуть служити перед заміною. Контроль в цьому випадку є кнопка з кабіни, а час відповіді не більше 1 хв.
1288376
Дизайн побутових світильників
Цей патент базується на міжнародному пошуку, який не знайшов аналогів застосування технології «подвійної пам'яті нікель-тітанових сплавів» щодо побутових систем освітлення.
Можливість створення плафондів, які використовують теплову енергію лампи для деформування декоративних елементів (петали) не отримали серйозної уваги від клієнтів - виробників за рахунок деяких обмежених ефектів (темпліта прогрівається тільки в безпосередній близькості). Цей патент використовує різний принцип опалення, спеціальні відтінки та економічні нагрівальні кабелі. Цей підхід до проектування світильників створює можливість для широкого виробництва спрямований джерела світла прихованої установки. Джерела світла будуть «з'являтися» тільки при необхідності (за бажанням застосування – медичне освітлення, автомобілі, мінімалізм інтер'єру в дизайні, санвузла, аварійне освітлення тощо). З огляду на частоту використання цих пристроїв (не більше 1-3 разів на добу), можна забезпечити довгострокову операцію нітинолових труб, що працюють при обмеженні допустимих норм мартензитичних трансформацій, без суттєвого пошкодження працездатності структури (10 000 циклів більше 10 років).
Ефективність "нінінол"
Висока ефективність різних агентів з сплавів нікель-тиноєвих сплавів була переконливо доведена низкою основних дослідницьких інститутів, які вивчають процеси мартензитичних трансформацій у різних модифікаціях цих сплавів протягом 30 років. Наприклад, відповідно до висновків японських науковців від компанії «Фурукава», додаючи невелику кількість мідь (6%) до сплаву дозволяє збільшити «надійний робочий інсульт актуатора» до 30 відсотків або більше. Ця функція нікель-тино-копперового сплаву тепер активно вводиться в робототехніку. Скільки коштує деформація під цим режимом - час розповість.
Більшість експертів з різних країн є однозначно на думку, що пластини, виготовлені з титанових нікельних сплавів з площею 6 см2, здатні розвиватися сили під час мартензитно-austenitic трансформацій до 27 тонн або, відповідно до деяких російських джерел, до 55 тонн на квадратний дюйм розділу частини.
Виробництво азоту та електроенергії
Ця робота російських винахідників, на мій погляд, заслуговує пильної уваги тому, що вона чітко ілюструє процес, який доступний для розуміння і підкаже відбиття на явному використанні нітинолу як високоефективний електромеханічний диск для виробництва електроенергії. Чому для електроенергії? Оскільки енергія вибухнула на опаленні металевого продукту, який вписується в долоні руки і потенційна робота, що виробляється цим продуктом після нагрівання, незрівняна, навіть якщо штанга нагрівається електричним джерелом 5 кВт. Крім того, відповідно до FDA (Фуд і Адміністрування наркотиків), процес обігріву і охолодження без значних залишкових деформацій може продовжуватися протягом декількох мільйонів циклів.
Давайте спробуємо, для стартерів, щоб оцінити силу 26,5 тонн з точки зору стандартних значень, які використовуються для обчислення різних «обертаючих» структур.
Від посилання:
Килограма-сила (кгф, кгф) дорівнює силі передачі тіла однієї кілограми, прискорення 9,80665 м/с2 (нормальне прискорення вільного падіння).
1 кгф = 9,80665 Ньютонс (зазвичайно) ~ 10 Н
1 т (тонна сила) = 103 кгф = 9806.65 Навігація
Отже, у мм2 Нитинолу при деформації, за роботою авторів-розробників ножиць, сила 600 Ньютонів розвивається!
Штан-активатор винайдених ножиць, з заявленим 26,5 тонн створених зусиль, розвиває трохи більше 260 000 Ньютонів.
Чи є це багато або трохи?
Розглянемо низькошвидкісну вітрову турбіну. Повідомляємо, що це те, що ми хочемо поставити в підвал власного будинку як автономного виробника електроенергії. Низький швидкісний засіб, що без втрати потужності, цей генератор може використовувати швидкість обертання ротора від 100 до 600 об / хв, замість 1,500 і 3,000 об / хв як в звичайних генераторах рідкого палива. Менша швидкість менше енергії, що витрачається на цю швидкість. Згідно з розробниками, постійними магнітними конструкціями працюють до 20 років або більше без заміни деталей.
"Домашній" модель 12 кВт (виготовлений в Англії-Китай):
ефективна швидкість ротора 140 об/хв;
маса 359 кг;
інерція ротора 1,59 кг м2;
матеріал магнітів - NdFeB (рарова земля неодимій);
крутний момент 800 Нм.
З усіх інтродукційних специфікацій ми зацікавлені в останній – крутний момент. Цей момент має розмір метра Newton (N·m).
1 час Нм - момент сили, що дорівнює 1 Н, відносно точки, розташованої на відстані 1 м від лінії дії сили.
Нехай радіус «флюко» нашого теоретичного, обертального ротора нітинолу генератора приводу становить 1,2 метрів. Міцність в Ньютонах здається рясним. Але не все так просто при організації переходу перекладу в обертову енергію. Точка застосування сил навряд чи стане періферією флагка, зусилля будуть акцентовані біля центру. Припустимо, що діаметр осі, де знаходиться головна наносна сила 50 мм. Таким чином, ми повинні множити загальну силу, вироблену за допомогою штанги актуатора, короткою рукою радіуса осі 25 мм.
Мульті 260,000 Н х 0.015м = 6,500 Нм.
Це означає, що сила, вироблена нітинолом баром, організуючи крутний момент ротора, восьмий раз більше, ніж сила, необхідну для обертання генератора на 12 кВт. Ось попередня відповідь на питання - це багато чи мало? Це багато.
Не потрібно нічого.
За специфікацією тих же британських виробників, час сигналізації на 30 кВт генератор буде дорівнює 31 N·m, а робочий момент становить близько 2 500 N·m. .
Тепер намагайтеся перетворювати «звичайну потужність» руху короткого актуатора в плавне, постійне обертання ротора генератора потужністю 30 кВт і разом з тим зрозуміти «що буде коштувати нагріву» нітинолу актуатора?
Це буде просто нітінол-потужна концепція генератора на основі досить депарації, спільних даних (включаючи механічні ножиці, звичайно). Тому, я хотів би оприлюднити деякі зайві припущення та технічні неточності.
Потрібно:
Електромеханічний привід нітинолу
З технічного опису порожнистого нітинолу штанги термомеханічних ножиць ми пам'ятаємо, що розміри актуатора були наступним чином:
Довжина штанги становить 15 см;
діаметр - 4 см х 2 см.
Знизимо діаметр штанги навпіл, так як ми не будемо різати метал, і перемістимо 26,5 тонн з місця, не існує особливого сенсу в побутовому застосуванні. Актуатор виконаний у вигляді замінного картриджа, для зручності самозаміну після операції певної кількості циклів (схема нижче показує умовно) один раз на 20-30 років з циклом нагріву, насадкою, через 5 хвилин. (Кількість циклів понад 30 років становитиме 6 мільйонів з цілодобовою роботою, з 10 мільйонів гарантованих багатьма іноземними виробниками).
Швидкість обігріву і розрахункова сила струму можна судити тільки непрямо. Ми не маємо прямих даних. Є лише короткий абзац авторів ножиць: «Для низьких температур, необхідних для обігріву штанги, джерела енергії може служити, наприклад, автономна батарея, низьковольтна електромережа, дросельна стиснене повітря, пов'язана тепла будь-яких вихлопних газів».
Теплоємність води становить 4200 Дж, теплоємність титанової нікельиди становить лише 490 Дж. Але ми будемо безпечними. . й
Дозвольте обчислену потужність нашого нагрівального елемента-фікса, всередині скороченої nitinol актуатора-платни складе 5 кВт (потужність стандартного електрочайника становить 2 кВт і 1 л води, в ній протягом 3 хвилин).
Ми знаємо, що режим опалювально-охолоджувального приладу є +65.+40 - +25°C. І, відповідно до роботи запасів, "... при всіх температурах вище 40°C, він генерує сили на одиницю площі її перерізу, дорівнює 60 кгf/мм2". Не потрібно «варювати» тіло, нагріваючи його від 20 до 100 ° С. Крім того, сплав, в нашому випадку, не можна повністю охолоджувати, але тільки зменшити його температуру до критичної точки мартенситно-austenite переходу 35-38 ° С, обприскуючи холодоагентну крапельу. У цьому випадку температурний інтервал трансформацій до точки переходу буде меншим, близько 10-15 ° С. У діапазоні температурних режимів двигуна становить 24 ° С.
Таким чином, ми можемо припустити з певним ступенем впевненості, що добре організоване конвекційне опалення дозволить нам досягти розрахункових параметрів - від 45 секунд до 1 хвилину. Ніжний режим роботи, щоб говорити. Але, тим не менш, ми доставимо додатково (+2 хв), тому, просто в разі... джерело 5-кіловат буде нагріти наш актуатор 3 хв (!) до 20-30 ° С.
Тепер ми намагаємось «вивести» автономну електростанцію, розташувавши її на дошці середній триповерховий будинок площею 300 м2. У суворій російській зимі будинок буде потрібно не менше 0,7-1 кВт на 10 м2 житлового простору. В результаті 21-30 кВт на 300 м2.
Почнемо з трансформатором. Він отримав всю силу! Тут буде доречно згадати експерименти Pascal з 4-метровою трубою і бочки, що занурюється водним тиском.
Підвищити діаметр труби довільно і зберігати його в підвалі будинку, як це:
Досвід життя говорить про те, що якщо дно резервуара тиску не потрапляє через підлогу, то поршневий поршень візьме на себе всю енергію Pascal труби, а ситуація після нагріву і охолодження актуатора нітинолу (за рахунок тяжіння) буде виглядати щось схоже:
На цьому дизайні «трансформер-мультіплер» коротких зусиль актуатора в довгому інсульті поршня. . й
Далі, щоб розпочати процес виробництва електроенергії, нам знадобиться стартовий автономний нагрівальний блок (не відображається в подальшій схемі). Стандартний розчин для цього випадку буде 2 звичайного сонячного монокристалічного 2 х 240 Вт, встановленого на даху будинку (1800 х 1000 мм кожен). Вам потрібен звичайний.
Р
Монокристалічна сонячна панель 240 Вт (46 В, 5.2 А).
Так, це все. Так як нам потрібні акумулятори тільки спорочені, при старті, їх підзарядка - це тривалий і плановий процес (при свічці генератора). Щодня сонце буде виглядати і заряджати. З робочим генератором, перезаряджається в режимі, схожому на перезаряджання акумулятора автомобіля. Таким чином, ми не будемо зупинятися на цьому блоці детально. Ось вихідний струм і це його. Як дано. .
Тепер починайте все разом.
Принципова схема нітинолу-гідравліч-спринг-флектора обертання валу генератора Звуки непровідні ... Привід насправді досить простий:
Габаритний зображення
Звичайно, багато вузлів позначені тільки schematically (конструкторська конфігурація, спіраль, як нагрівальний елемент може бути успішно замінений на прямий нагрів високої ефективності, з напругою 400V і потужністю 5 кВт, або інфрачервоне опалення з високоміцним кварцовим покриттям тощо).
Але суть установки в цілому відбивається, я вірю, чітко. Маса преса дещо гасить, але замість дорогих металів, дерев'яний пісок можна використовувати в якості вагового агента.
У цьому випадку ми «не гасимо» коротким штрихом актуатора з реверсивною деформацією 7%-20% (20% заявлених російськими винахідниками). Це буде 7%, добре. І 20% краще. У схемі, у нас є гідравлічний прес мультиплікатор потужного, але короткоміцного нітинолу, переведений в енергію обертання валу генератора. Це, при роботі гідравлічного преса, отримання міцності створюється, що дорівнює співвідношенню площі більшого поршня до площі меншого. Низька стиглість рідини забезпечує практичну рівність обсягів проходження рідини з великого циліндра до невеликого.
Невелика площа циліндра 10 см2. Розміри преса 70 см х 30 см. У зв'язку з цим співвідношенням ми можемо виграти в міцності сотні разів і натиснути в люмен «барель» невеликого циліндра трохи менше літра рідини.
Система охолодження актуатора організована тиском на рідину через капілярні канали всередині вантажу, коли він опускається.
Встановіть наш низькошвидкісний генератор на 30 кВт в підвалі будинку.
Кріплення махровий - енергосховище нітинол-гідравлічний актуатор. Диск має одну важливу функцію, містить додатковий акумулятор всередині його тіла - пружинний пристрій для зберігання енергії.
р.
Тепер намагайтеся уявити, що станеться з потужним, але коротким актуатором.
Активоване опалення. Підібрати пластину вагою 3 тонн на 1,5 см. Вимкніть тепло. Тарілка починає спускатися таким чином, через тяжіння, натиснути на рідину і повернути актуатор на оригінальну позицію «старт». По дорозі прес, при русі, також охолоджує актуатор.
При невеликому поршневі переходить на ліву, через тиск рідини, шестерняний застібка передає лінійно всю енергію підвищеного тиску рідини до зубчастого колеса, висадженого на вісь флагка, перетворюючи зчеплення.
Захоплюючий зчеплення займається віссю і, в свою чергу, передає енергію трансляційного руху на пружні обороти флоголокового пружини. За допомогою зворотного руху, перехоплюючий зчеплення дозволяє вільно переміщатися, без навантаження.
Вага колеса 350 кг. Наприкінці переадресного руху актуатора ми перенесли більшу частину енергії на флайко, перетворюючи її в збережені сили весняної пружності, решта витрачається на пов'язані витрати будь-якої механічної трансформації. Ведуться процес. В результаті у нас є піднята пружина і потенційна енергія обертання 350-pound сталевого диска з радіусом 60 см. Махровка плавно загрожується і починає обертати, набуваючи кінетичну енергію, яка істотно допоможе нам в наступних циклах. При цьому пружні сили в стисненому пружині розподіляються таким чином, що формула, за допомогою якої прораховується радіус застосування основної сили ... більше не працює. Навесні прагне закрутити плівку одночасно по всій площі порожнистого диска, від важкого обіду до точки застосування сили при радіусі зірочки.
У цей період наш актуатор може спокійно відновити сили на наступну «розривку». Тарілка, за допомогою тяжіння і охолоджуючого штовхачаного вгору, засихає її в початкову позицію без зайвого тиску, знизивши її масу в кінці руху на спеціальних обмежувачах.
Активатор відпочиває, а енергія, що зберігається в весняному акумуляторі, поступово звільняється, перетворюється в кінетичну.
Що ми закінчуємо?
Очевидно, що після опалювальної дії сила 3 тоннних сил нащадної пластини, наноситься через гідравліки до жорсткої неускладненої флаконової пружини протягом 2 хвилин, ми накопичуємо величезну кількість енергії, щоб обертати ротор генератора. У разі, коли діаметр осі зірки становить 100 мм і радіус дії наноситься 50 мм, ми маємо приблизно 1,500 Нм крутного моменту для нашого генератора. Весна не тільки створює певний запас для гладкого обслуговування крутного моменту протягом 3 хвилин, які необхідно організувати наступний цикл опалення актуатора (як правило, залежить від кількості поворотів весни і її пружності), але і збільшує крутний момент двічі через перерозподіл точки застосування основних зусиль.
Якщо ми припустимо, що точка застосування сили комбінованого приводу обертання знімається з центру осі на 100 мм (і це технічно доцільно), то крутний момент вже буде 30,000 N x 0.1 м = 3,000 Нм (плюсуйте пружність пружини вздовж периферії муфти).
Коли ми враховуємо всі втрати тертя та інші недоліки, відлік від номінальної 3,000 Нм, умовно, 15%, ми все ще маємо 2,550 Нм переконувати працездатність структури потужністю 30 кВт, так як подолати опір магнітів ротора нам потрібно всього 2 300 ... 2 500 Нм. Електроенергія буде розподілена наступним чином:
25 кВт може бути затребуваний споживачем; 5 кВт буде використовуватися для забезпечення роботи системи (нагріву генератора).
Крім того, якщо ми повертаємо трохи і порівнюємо розмір актуатора в термомеханічних ножичках з силою, вони розвиваються з нашими співвідношеннями - 3 тонн вантажу замість 26 тонн і тільки половина довжини і ширини актуатора - тоді ми можемо припускати ще більшу оптимізацію розміру актуатора для даної потужності операції і зменшити інтенсивність нагріву.
В кінці ми маємо на одній стороні.
Автономний блок запуску на сонячну енергію, вартість не більше 150 000 рублів; компактний, тривалий двометалічний актуатор з нагрівальним елементом і вартістю не більше 30 000 рублів; сам генератор - 320 000-370 000 рублів. в залежності від виробника; плівковий з пружиною 200 000 рублів.; допоміжні механізми (плитна пластина) з системою охолодження і т.д.) - вартість не більше 200 000 рублів. Загальний: 930 000 рублів (приблизно) за 20 років.
З іншого боку, у нас немає більше: наш брат становить 30 кВт вітрогенератор, без 60 батарей він потребує, що він буде коштувати близько 70 000 доларів, 50 кВт вітрогенератор - більше 170 000 доларів і так далі. (Оплата в основному не за обладнання себе, але для установки несанової кількості металопідтримки ферми і дорогих лез.) Що, в кінці, є «дозатором»? Нітинол?
РедакціяЯ не хотів би розпочати мислення про «судність» цієї системи. Про автономію і компактність.
І знову я не мав початкового завдання представлення повністю готового рішення до питання на цих сторінках. У публікації своїх рефлексів головною мотивацією стала прагнення до того, якось «порушити точку складання» від кількості творців (і замовників, звичайно) гігантських вітрових дощів, змія-подібних підводних вод, «понону», «підземних» і «космічних» енергогенераторів. Чому ці монстри? Суть всіх процесів в традиційному внутрішньому двигуні згоряння може бути знижена до банального розширення речовини. Короткі, але потужні зусилля при розширенні. Інші механізми підтримки.
Промисловість відома економічними гідравлічними інструментами, які розвивають гігантські зусилля через невідповідність води. Залишилося тільки перетворювати сили в обертання і зберігатися в майбутньому.
Пропенситет для gigantomania, звичайно, продиктований прагненням розробників масштабних проектів, спрямованих на скопіювання обох плутаних урядів, але зрозуміло, що майбутнє енергії не в громіздких системах транспортування електроенергії на багато кілометрів по всьому океані, але при створенні ряду автономних центрів для виробництва середньої ємності, з організацією можливості місцевих потоків у випадку аварії. З цим підходом Саяно-Шушенський ефект буде просто неможливим.
Ми можемо самі зателефонувати одержувачу і узгодити зручний час і місце вручення квітів, а якщо необхідно, то збережемо сюрприз. Але в сухому залишку:
Можливість компактної та відносно недорогої організації автономної системи електрогенерування для побутових та промислових потреб
Ось приблизна специфікація комплекту "Домашнього генератора" з розрахунковим життям 20 років:
Це ціла історія...
Джерело: khd2.narod.ru/authors/naygel/nitinol.htm
СРСР Г.В. Курдюмов і Л.Г. Хандорсон у 1948 р. запропонував сплаву доповнився здатністю після значних пластикових деформацій для відновлення оригінальної форми при нагріванні до певної температури. У 1980 році цей винахід був визнаний відкриттям і був відомий як ефект Курдюмова (вплив відновлення даної конфігурації або ефекту форми пам'яті).
Описаний ефект практично відтворений наступним чином. Попередня заготовка з такого сплаву, наприклад, дроту, дати потрібну форму. Потім нагрівають і охолоджують. Далі він випрямлявся. При подальшому нагріванні дріт обов'язково візьмуть свою оригінальну конфігурацію.
Механізм цього явища не зовсім чіткий. Мартенсітичні реакції реверсуються. Коли зразок нагрівається, вони йдуть один спосіб, коли охолоджується в зворотному напрямку. Фізичні процеси, що відбуваються під час мартензитичних трансформацій, є настільки складним, що експерти говорять про «генетичні властивості кристалів». Незважаючи на неповну чіткість фізичного механізму цього явища, він надходить в наше практичне життя.
У 1958 році вперше отримано сплав з ефектом пам'яті форми - нітинол. Нітінол - нікель-тиноєвий сплав. Це досить комплексне виробництво. Для досягнення необхідної температури переходу, співвідношення нікель до титану в сплаві необхідно підтримувати високу точність. Цей сплав фази переходить вище температури приміщення, але нижче точки кипіння води. Якщо титановий нікельйд додається з праскою, температурний діапазон поширюється від приміщення до кипіння точки рідкого азоту. Необхідна чистота виробництва забезпечується застосуванням вакуумних печей і комплексного допоміжного обладнання. Тому поширене використання нітинолу обмежується високою вартістю, а іноді інерцією нашого мислення. Але триває пошук шляхів зниження вартості виробництва нітинолу. І деякі фірми, такі як корпорації Spetsl Metals США, мають намір розпочати комерційне виробництво нітинолу з прийнятною комерційною вартістю. . й
Найпоширенішими додатками нітинолу сьогодні
На додаток до пропульсії, побудованої в кінці XX століття американськими банками, інші втілені в металі "промислова пропульсія" на основі нітинолу диска в світовому пресі не відзначається. Фахівці знають достатні посилання (більше 1000 за різними джерелами) про запатентування різних моделей приводів нітинолу і пропульсних агентів, але ці винаходи не перенесли за собою патентні заявки.
Robotics пішов трохи далі, використовуючи мікрон нітинол нитки як електронні м'язи. Як завжди японські дивуються. При проході через нітинольну нитку слабких струмів «м'якоть» розвиває сили сотні разів вище людини.
Як допоміжні додатки, нітинол використовується в ряді пристроїв, зразки яких передбачають рух, викликаних нагрівом. Наприклад, нітинол використовується в протипожежних пристроях, використовується для ущільнення швів літаків, підводних човнів і запобігання витоку випромінювання на атомних електростанціях. Трубні з'єднання, виготовлені з формового сплаву пам'яті з відповідними розмірами стін і зчеплення з товщиною тіла всього 2 мм, можуть витримати високий тиск (з сотою атмосферою).
Неподалік площі. Розроблено компактні антени «самовідкриття», спочатку на землі, щільно упаковані для легкого перевезення на зовнішній простір.
Нітинол також широко використовується в медичній галузі. Сьогодні, по всьому світу стали відомими брекет-системами, які використовуються для вирівнювання змінного біту в стоматології. Розроблено унікальний стент для судинної хірургії, який може витримати від 10 до 20 мільйонів циклів стиснення-експансія відповідно до затверджених норм FDA та різних ортопедичних пристроїв з дозованим правильним навантаженням на уражену кісткову тканину.
Потенційні застосування нітинолу
Електромеханічний контролер очищення автомобіля
Проблема аварійного регулювання наземного очищення автомобіля поширена в світі, у випадках, коли необхідно долати «дифузульти» ділянки дороги в декількох кілометрах (підурбанне шосе, змивається дощом, наприклад) і повернути висоту заземлення «на своє місце». Є варіанти розв’язання пневматичних ліфтів, але також скарги на їх оперативну крихкість. У альтернативі пневматичним, різні компанії пропонують амортизатори стійки з механічним методом підйому (пересадка - гайка), але потім є маса БУТ, в тому числі однаковий рівень підйому з нерівномірним зносом амортизаторів переднього і задньої частини, необхідність забезпечення доступу до горіха, шляхом видалення колеса ... і манікюру, нарешті.
Розчин з весною нітинолу може бути доступний будь-яким механіком автомобіля. З огляду на спіратичну операцію даного приводу, дизайн прослужить довше, ніж амортизатори будуть служити перед заміною. Контроль в цьому випадку є кнопка з кабіни, а час відповіді не більше 1 хв.
1288376
Дизайн побутових світильників
Цей патент базується на міжнародному пошуку, який не знайшов аналогів застосування технології «подвійної пам'яті нікель-тітанових сплавів» щодо побутових систем освітлення.
Можливість створення плафондів, які використовують теплову енергію лампи для деформування декоративних елементів (петали) не отримали серйозної уваги від клієнтів - виробників за рахунок деяких обмежених ефектів (темпліта прогрівається тільки в безпосередній близькості). Цей патент використовує різний принцип опалення, спеціальні відтінки та економічні нагрівальні кабелі. Цей підхід до проектування світильників створює можливість для широкого виробництва спрямований джерела світла прихованої установки. Джерела світла будуть «з'являтися» тільки при необхідності (за бажанням застосування – медичне освітлення, автомобілі, мінімалізм інтер'єру в дизайні, санвузла, аварійне освітлення тощо). З огляду на частоту використання цих пристроїв (не більше 1-3 разів на добу), можна забезпечити довгострокову операцію нітинолових труб, що працюють при обмеженні допустимих норм мартензитичних трансформацій, без суттєвого пошкодження працездатності структури (10 000 циклів більше 10 років).
Ефективність "нінінол"
Висока ефективність різних агентів з сплавів нікель-тиноєвих сплавів була переконливо доведена низкою основних дослідницьких інститутів, які вивчають процеси мартензитичних трансформацій у різних модифікаціях цих сплавів протягом 30 років. Наприклад, відповідно до висновків японських науковців від компанії «Фурукава», додаючи невелику кількість мідь (6%) до сплаву дозволяє збільшити «надійний робочий інсульт актуатора» до 30 відсотків або більше. Ця функція нікель-тино-копперового сплаву тепер активно вводиться в робототехніку. Скільки коштує деформація під цим режимом - час розповість.
Більшість експертів з різних країн є однозначно на думку, що пластини, виготовлені з титанових нікельних сплавів з площею 6 см2, здатні розвиватися сили під час мартензитно-austenitic трансформацій до 27 тонн або, відповідно до деяких російських джерел, до 55 тонн на квадратний дюйм розділу частини.
Виробництво азоту та електроенергії
Ця робота російських винахідників, на мій погляд, заслуговує пильної уваги тому, що вона чітко ілюструє процес, який доступний для розуміння і підкаже відбиття на явному використанні нітинолу як високоефективний електромеханічний диск для виробництва електроенергії. Чому для електроенергії? Оскільки енергія вибухнула на опаленні металевого продукту, який вписується в долоні руки і потенційна робота, що виробляється цим продуктом після нагрівання, незрівняна, навіть якщо штанга нагрівається електричним джерелом 5 кВт. Крім того, відповідно до FDA (Фуд і Адміністрування наркотиків), процес обігріву і охолодження без значних залишкових деформацій може продовжуватися протягом декількох мільйонів циклів.
Давайте спробуємо, для стартерів, щоб оцінити силу 26,5 тонн з точки зору стандартних значень, які використовуються для обчислення різних «обертаючих» структур.
Від посилання:
Килограма-сила (кгф, кгф) дорівнює силі передачі тіла однієї кілограми, прискорення 9,80665 м/с2 (нормальне прискорення вільного падіння).
1 кгф = 9,80665 Ньютонс (зазвичайно) ~ 10 Н
1 т (тонна сила) = 103 кгф = 9806.65 Навігація
Отже, у мм2 Нитинолу при деформації, за роботою авторів-розробників ножиць, сила 600 Ньютонів розвивається!
Штан-активатор винайдених ножиць, з заявленим 26,5 тонн створених зусиль, розвиває трохи більше 260 000 Ньютонів.
Чи є це багато або трохи?
Розглянемо низькошвидкісну вітрову турбіну. Повідомляємо, що це те, що ми хочемо поставити в підвал власного будинку як автономного виробника електроенергії. Низький швидкісний засіб, що без втрати потужності, цей генератор може використовувати швидкість обертання ротора від 100 до 600 об / хв, замість 1,500 і 3,000 об / хв як в звичайних генераторах рідкого палива. Менша швидкість менше енергії, що витрачається на цю швидкість. Згідно з розробниками, постійними магнітними конструкціями працюють до 20 років або більше без заміни деталей.
"Домашній" модель 12 кВт (виготовлений в Англії-Китай):
ефективна швидкість ротора 140 об/хв;
маса 359 кг;
інерція ротора 1,59 кг м2;
матеріал магнітів - NdFeB (рарова земля неодимій);
крутний момент 800 Нм.
З усіх інтродукційних специфікацій ми зацікавлені в останній – крутний момент. Цей момент має розмір метра Newton (N·m).
1 час Нм - момент сили, що дорівнює 1 Н, відносно точки, розташованої на відстані 1 м від лінії дії сили.
Нехай радіус «флюко» нашого теоретичного, обертального ротора нітинолу генератора приводу становить 1,2 метрів. Міцність в Ньютонах здається рясним. Але не все так просто при організації переходу перекладу в обертову енергію. Точка застосування сил навряд чи стане періферією флагка, зусилля будуть акцентовані біля центру. Припустимо, що діаметр осі, де знаходиться головна наносна сила 50 мм. Таким чином, ми повинні множити загальну силу, вироблену за допомогою штанги актуатора, короткою рукою радіуса осі 25 мм.
Мульті 260,000 Н х 0.015м = 6,500 Нм.
Це означає, що сила, вироблена нітинолом баром, організуючи крутний момент ротора, восьмий раз більше, ніж сила, необхідну для обертання генератора на 12 кВт. Ось попередня відповідь на питання - це багато чи мало? Це багато.
Не потрібно нічого.
За специфікацією тих же британських виробників, час сигналізації на 30 кВт генератор буде дорівнює 31 N·m, а робочий момент становить близько 2 500 N·m. .
Тепер намагайтеся перетворювати «звичайну потужність» руху короткого актуатора в плавне, постійне обертання ротора генератора потужністю 30 кВт і разом з тим зрозуміти «що буде коштувати нагріву» нітинолу актуатора?
Це буде просто нітінол-потужна концепція генератора на основі досить депарації, спільних даних (включаючи механічні ножиці, звичайно). Тому, я хотів би оприлюднити деякі зайві припущення та технічні неточності.
Потрібно:
- створити високоефективний, але простий спосіб передачі перекладу руху в обертання, з плавним розподілом потужної сили, без струменів;
- забезпечити дорогий актуатор з можливістю роботи в спокійному режимі - плавно нагрітий, виявився, плавно охолоджується інтервалом циклу 2-5 хвилин;
- створення автономної системи опалення;
- створити «трансформер» короткоміцного нітинолу в плавний і «довгий» рух без суттєвих втрат для такого роду трансформації;
- Створіть компактну автономну систему охолодження актуатора після нагріву.
Електромеханічний привід нітинолу
З технічного опису порожнистого нітинолу штанги термомеханічних ножиць ми пам'ятаємо, що розміри актуатора були наступним чином:
Довжина штанги становить 15 см;
діаметр - 4 см х 2 см.
Знизимо діаметр штанги навпіл, так як ми не будемо різати метал, і перемістимо 26,5 тонн з місця, не існує особливого сенсу в побутовому застосуванні. Актуатор виконаний у вигляді замінного картриджа, для зручності самозаміну після операції певної кількості циклів (схема нижче показує умовно) один раз на 20-30 років з циклом нагріву, насадкою, через 5 хвилин. (Кількість циклів понад 30 років становитиме 6 мільйонів з цілодобовою роботою, з 10 мільйонів гарантованих багатьма іноземними виробниками).
Швидкість обігріву і розрахункова сила струму можна судити тільки непрямо. Ми не маємо прямих даних. Є лише короткий абзац авторів ножиць: «Для низьких температур, необхідних для обігріву штанги, джерела енергії може служити, наприклад, автономна батарея, низьковольтна електромережа, дросельна стиснене повітря, пов'язана тепла будь-яких вихлопних газів».
Теплоємність води становить 4200 Дж, теплоємність титанової нікельиди становить лише 490 Дж. Але ми будемо безпечними. . й
Дозвольте обчислену потужність нашого нагрівального елемента-фікса, всередині скороченої nitinol актуатора-платни складе 5 кВт (потужність стандартного електрочайника становить 2 кВт і 1 л води, в ній протягом 3 хвилин).
Ми знаємо, що режим опалювально-охолоджувального приладу є +65.+40 - +25°C. І, відповідно до роботи запасів, "... при всіх температурах вище 40°C, він генерує сили на одиницю площі її перерізу, дорівнює 60 кгf/мм2". Не потрібно «варювати» тіло, нагріваючи його від 20 до 100 ° С. Крім того, сплав, в нашому випадку, не можна повністю охолоджувати, але тільки зменшити його температуру до критичної точки мартенситно-austenite переходу 35-38 ° С, обприскуючи холодоагентну крапельу. У цьому випадку температурний інтервал трансформацій до точки переходу буде меншим, близько 10-15 ° С. У діапазоні температурних режимів двигуна становить 24 ° С.
Таким чином, ми можемо припустити з певним ступенем впевненості, що добре організоване конвекційне опалення дозволить нам досягти розрахункових параметрів - від 45 секунд до 1 хвилину. Ніжний режим роботи, щоб говорити. Але, тим не менш, ми доставимо додатково (+2 хв), тому, просто в разі... джерело 5-кіловат буде нагріти наш актуатор 3 хв (!) до 20-30 ° С.
Тепер ми намагаємось «вивести» автономну електростанцію, розташувавши її на дошці середній триповерховий будинок площею 300 м2. У суворій російській зимі будинок буде потрібно не менше 0,7-1 кВт на 10 м2 житлового простору. В результаті 21-30 кВт на 300 м2.
Почнемо з трансформатором. Він отримав всю силу! Тут буде доречно згадати експерименти Pascal з 4-метровою трубою і бочки, що занурюється водним тиском.
Підвищити діаметр труби довільно і зберігати його в підвалі будинку, як це:
Досвід життя говорить про те, що якщо дно резервуара тиску не потрапляє через підлогу, то поршневий поршень візьме на себе всю енергію Pascal труби, а ситуація після нагріву і охолодження актуатора нітинолу (за рахунок тяжіння) буде виглядати щось схоже:
На цьому дизайні «трансформер-мультіплер» коротких зусиль актуатора в довгому інсульті поршня. . й
Далі, щоб розпочати процес виробництва електроенергії, нам знадобиться стартовий автономний нагрівальний блок (не відображається в подальшій схемі). Стандартний розчин для цього випадку буде 2 звичайного сонячного монокристалічного 2 х 240 Вт, встановленого на даху будинку (1800 х 1000 мм кожен). Вам потрібен звичайний.
РМонокристалічна сонячна панель 240 Вт (46 В, 5.2 А).
- Зареєструватися
- інвертор
- від батареї 2x180 Ah. .
Так, це все. Так як нам потрібні акумулятори тільки спорочені, при старті, їх підзарядка - це тривалий і плановий процес (при свічці генератора). Щодня сонце буде виглядати і заряджати. З робочим генератором, перезаряджається в режимі, схожому на перезаряджання акумулятора автомобіля. Таким чином, ми не будемо зупинятися на цьому блоці детально. Ось вихідний струм і це його. Як дано. .
Тепер починайте все разом.
Принципова схема нітинолу-гідравліч-спринг-флектора обертання валу генератора Звуки непровідні ... Привід насправді досить простий:
Габаритний зображенняЗвичайно, багато вузлів позначені тільки schematically (конструкторська конфігурація, спіраль, як нагрівальний елемент може бути успішно замінений на прямий нагрів високої ефективності, з напругою 400V і потужністю 5 кВт, або інфрачервоне опалення з високоміцним кварцовим покриттям тощо).
Але суть установки в цілому відбивається, я вірю, чітко. Маса преса дещо гасить, але замість дорогих металів, дерев'яний пісок можна використовувати в якості вагового агента.
У цьому випадку ми «не гасимо» коротким штрихом актуатора з реверсивною деформацією 7%-20% (20% заявлених російськими винахідниками). Це буде 7%, добре. І 20% краще. У схемі, у нас є гідравлічний прес мультиплікатор потужного, але короткоміцного нітинолу, переведений в енергію обертання валу генератора. Це, при роботі гідравлічного преса, отримання міцності створюється, що дорівнює співвідношенню площі більшого поршня до площі меншого. Низька стиглість рідини забезпечує практичну рівність обсягів проходження рідини з великого циліндра до невеликого.
Невелика площа циліндра 10 см2. Розміри преса 70 см х 30 см. У зв'язку з цим співвідношенням ми можемо виграти в міцності сотні разів і натиснути в люмен «барель» невеликого циліндра трохи менше літра рідини.
Система охолодження актуатора організована тиском на рідину через капілярні канали всередині вантажу, коли він опускається.
Встановіть наш низькошвидкісний генератор на 30 кВт в підвалі будинку.
Кріплення махровий - енергосховище нітинол-гідравлічний актуатор. Диск має одну важливу функцію, містить додатковий акумулятор всередині його тіла - пружинний пристрій для зберігання енергії.
р.Тепер намагайтеся уявити, що станеться з потужним, але коротким актуатором.
Активоване опалення. Підібрати пластину вагою 3 тонн на 1,5 см. Вимкніть тепло. Тарілка починає спускатися таким чином, через тяжіння, натиснути на рідину і повернути актуатор на оригінальну позицію «старт». По дорозі прес, при русі, також охолоджує актуатор.
При невеликому поршневі переходить на ліву, через тиск рідини, шестерняний застібка передає лінійно всю енергію підвищеного тиску рідини до зубчастого колеса, висадженого на вісь флагка, перетворюючи зчеплення.
Захоплюючий зчеплення займається віссю і, в свою чергу, передає енергію трансляційного руху на пружні обороти флоголокового пружини. За допомогою зворотного руху, перехоплюючий зчеплення дозволяє вільно переміщатися, без навантаження.
Вага колеса 350 кг. Наприкінці переадресного руху актуатора ми перенесли більшу частину енергії на флайко, перетворюючи її в збережені сили весняної пружності, решта витрачається на пов'язані витрати будь-якої механічної трансформації. Ведуться процес. В результаті у нас є піднята пружина і потенційна енергія обертання 350-pound сталевого диска з радіусом 60 см. Махровка плавно загрожується і починає обертати, набуваючи кінетичну енергію, яка істотно допоможе нам в наступних циклах. При цьому пружні сили в стисненому пружині розподіляються таким чином, що формула, за допомогою якої прораховується радіус застосування основної сили ... більше не працює. Навесні прагне закрутити плівку одночасно по всій площі порожнистого диска, від важкого обіду до точки застосування сили при радіусі зірочки.
У цей період наш актуатор може спокійно відновити сили на наступну «розривку». Тарілка, за допомогою тяжіння і охолоджуючого штовхачаного вгору, засихає її в початкову позицію без зайвого тиску, знизивши її масу в кінці руху на спеціальних обмежувачах.
Активатор відпочиває, а енергія, що зберігається в весняному акумуляторі, поступово звільняється, перетворюється в кінетичну.
Що ми закінчуємо?
Очевидно, що після опалювальної дії сила 3 тоннних сил нащадної пластини, наноситься через гідравліки до жорсткої неускладненої флаконової пружини протягом 2 хвилин, ми накопичуємо величезну кількість енергії, щоб обертати ротор генератора. У разі, коли діаметр осі зірки становить 100 мм і радіус дії наноситься 50 мм, ми маємо приблизно 1,500 Нм крутного моменту для нашого генератора. Весна не тільки створює певний запас для гладкого обслуговування крутного моменту протягом 3 хвилин, які необхідно організувати наступний цикл опалення актуатора (як правило, залежить від кількості поворотів весни і її пружності), але і збільшує крутний момент двічі через перерозподіл точки застосування основних зусиль.
Якщо ми припустимо, що точка застосування сили комбінованого приводу обертання знімається з центру осі на 100 мм (і це технічно доцільно), то крутний момент вже буде 30,000 N x 0.1 м = 3,000 Нм (плюсуйте пружність пружини вздовж периферії муфти).
Коли ми враховуємо всі втрати тертя та інші недоліки, відлік від номінальної 3,000 Нм, умовно, 15%, ми все ще маємо 2,550 Нм переконувати працездатність структури потужністю 30 кВт, так як подолати опір магнітів ротора нам потрібно всього 2 300 ... 2 500 Нм. Електроенергія буде розподілена наступним чином:
25 кВт може бути затребуваний споживачем; 5 кВт буде використовуватися для забезпечення роботи системи (нагріву генератора).
Крім того, якщо ми повертаємо трохи і порівнюємо розмір актуатора в термомеханічних ножичках з силою, вони розвиваються з нашими співвідношеннями - 3 тонн вантажу замість 26 тонн і тільки половина довжини і ширини актуатора - тоді ми можемо припускати ще більшу оптимізацію розміру актуатора для даної потужності операції і зменшити інтенсивність нагріву.
В кінці ми маємо на одній стороні.
Автономний блок запуску на сонячну енергію, вартість не більше 150 000 рублів; компактний, тривалий двометалічний актуатор з нагрівальним елементом і вартістю не більше 30 000 рублів; сам генератор - 320 000-370 000 рублів. в залежності від виробника; плівковий з пружиною 200 000 рублів.; допоміжні механізми (плитна пластина) з системою охолодження і т.д.) - вартість не більше 200 000 рублів. Загальний: 930 000 рублів (приблизно) за 20 років.
З іншого боку, у нас немає більше: наш брат становить 30 кВт вітрогенератор, без 60 батарей він потребує, що він буде коштувати близько 70 000 доларів, 50 кВт вітрогенератор - більше 170 000 доларів і так далі. (Оплата в основному не за обладнання себе, але для установки несанової кількості металопідтримки ферми і дорогих лез.) Що, в кінці, є «дозатором»? Нітинол?
РедакціяЯ не хотів би розпочати мислення про «судність» цієї системи. Про автономію і компактність.
І знову я не мав початкового завдання представлення повністю готового рішення до питання на цих сторінках. У публікації своїх рефлексів головною мотивацією стала прагнення до того, якось «порушити точку складання» від кількості творців (і замовників, звичайно) гігантських вітрових дощів, змія-подібних підводних вод, «понону», «підземних» і «космічних» енергогенераторів. Чому ці монстри? Суть всіх процесів в традиційному внутрішньому двигуні згоряння може бути знижена до банального розширення речовини. Короткі, але потужні зусилля при розширенні. Інші механізми підтримки.
Промисловість відома економічними гідравлічними інструментами, які розвивають гігантські зусилля через невідповідність води. Залишилося тільки перетворювати сили в обертання і зберігатися в майбутньому.
Пропенситет для gigantomania, звичайно, продиктований прагненням розробників масштабних проектів, спрямованих на скопіювання обох плутаних урядів, але зрозуміло, що майбутнє енергії не в громіздких системах транспортування електроенергії на багато кілометрів по всьому океані, але при створенні ряду автономних центрів для виробництва середньої ємності, з організацією можливості місцевих потоків у випадку аварії. З цим підходом Саяно-Шушенський ефект буде просто неможливим.
Ми можемо самі зателефонувати одержувачу і узгодити зручний час і місце вручення квітів, а якщо необхідно, то збережемо сюрприз. Але в сухому залишку:
Можливість компактної та відносно недорогої організації автономної системи електрогенерування для побутових та промислових потреб
Ось приблизна специфікація комплекту "Домашнього генератора" з розрахунковим життям 20 років:
- низькошвидкісний трифазний генератор з постійними магнітами 30 кВт;
- вихідна напруга 400 В;
- маса 650 кг;
- вага маляра 350 кг;
- діаметр рами 120 см;
- швидкість обертання ротора 100-120 об/хв;
- Активатор обертання - нітинол (комбінований привід);
- джерело стартового опалення - сонячний модуль (комплект панелей 2 x 240 Вт);
- Потужність опалювального приладу становить 5 кВт (але не більше 3 кВт);
- час нагріву 3 хвилини;
- час охолодження 2 хвилини;
- температура обігріву 65-70°C;
- Гравітаційні панелі з вагою 3000 кг.
Це ціла історія...
Джерело: khd2.narod.ru/authors/naygel/nitinol.htm
