Юный техник, 2012 № 11 - Журнал «Юный техник»

Мобильные электронные устройства имеют и еще одну неприятную особенность — периодически приходится их подзаряжать. И ныне исследователи думают над тем, как сделать, чтобы пользователям не приходилось таскать с собой зарядку для телефона или ноутбука. Прежде всего, специалисты обещают повысить емкость батарей раз в десять, а кроме того, научить устройства получать электричество «из воздуха».

Так, по словам кандидата технических наук Андрея Бородкина, ныне уже есть технологии «получения электричества из энергии сокращения мышц, биения сердца и даже тока крови»… В большинстве своем они работают на пьезоэлементах — кристаллах, которые электризуются при сжатии или изгибании.

Зарядки смогут использовать энергию, которая вырабатывается человеком при ходьбе. Так, в США уже начали продавать кроссовки, в которые встроена подзарядка для мобильника. Подпитка энергией осуществляется во время бега за счет того, что встроенные в подошвы башмаков два магнита перемещаются относительно друг друга. А в Японии выпустили ботинки, каблуки которых заполнены жидкостью — при каждом шаге она плещется и вращает мини-турбину, вырабатывающую ток.

Доктор Сан By Ким из Сеульского университета придумал устройство, поглощающие элементы которого вибрируют от звуковых волн, вырабатывая электричество. А это значит, что севший в критический момент мобильник или планшетный компьютер можно подзарядить… громким криком. Надолго такого заряда, конечно, не хватит, но чтобы закончить разговор или успеть сохранить файл — энергии вполне достаточно.

Беспилотник для настройки мощных радиоантенн.

Английские специалисты разработали семейство антенн, которые встраиваются прямо в униформу бойца и позволяют поддерживать надежную связь на поле боя.

Стенд студии «Дисней» предложил большой выбор мультфильмов.

Теперь солдаты имеют постоянную видеотелефонную связь с близкими.

ИНФОРМАЦИЯ

«ВОДНОЕ МЕТРО» — так называется проект перевозки пассажиров по Москве-реке с помощью судов на воздушной подушке. Столь экзотический для столицы вид транспорта выбран по двум причинам. Во-первых, на реке пока нет транспортных пробок. Во-вторых, суда на воздушной подушке, как вы знаете, способны двигаться как по воде, так и по льду, а если понадобится — даже и по суше.

Стало быть, они смогут работать круглый год, а шлюзы для них не являются препятствием. Секрет нового транспорта — в его устройстве. На корме установлены два огромных пропеллера, а вместо дна у него воздушная подушка под резиновой «юбкой», имеющей защитное покрытие, из-за которого кораблю не страшны даже острые камни. Суда на воздушной подушке скользят по поверхности, будь то вода, лед или суша, а потому могут пройти там, где повернут назад и машина, и катер.

Они смогут вмещать до 50 человек — 48 пассажиров и 2 члена экипажа. Время в пути у нового транспорта будет небольшим из-за высокой скорости, поскольку новый вид транспорта способен обгонять даже «Ракеты» — корабли на подводных крыльях. Скорость судна на воздушной подушке — 70 км/ч для воды, 80 км/ч для снега и льда.

Этот вид транспорта уже применяется на севере России, а также для организации транспортного сообщения с удаленными исследовательскими и экспедиционными базами.

В Москве новый транспорт планируется запустить в скором времени по двум маршрутам — от метро «Печатники» до метро «Китай-город» и от метро «Марьино» до подмосковного города Лыткарино.

СОЗДАНО В РОССИИ

Паровик XX века

У паровой машины — славное прошлое. В 2010 году исполнилось 245 лет со дня первого пуска стационарной паровой машины по проекту русского механика Н.И. Ползунова. А 75 лет назад была построена первая советская высокооборотная паровая машина, которая могла «разгоняться» до 1800 об/мин!

Стоит ли вспоминать об этом в наш век высоких технологий? Оказывается, да. Потому что паровые поршневые двигатели вновь могут найти себе применение.

Интересная деталь: на самолете, разработанном А.Ф. Можайским в конце XIX в., стоял паровой двигатель. И тот паровой мотор, которому в этом году исполняется 75 лет, тоже предназначался для силовой установки самолета. Он был спроектирован в Московском авиационном техникуме и работал на перегретом паре с давлением 6,1 МПа (61 атм) и температурой 380 °C.

Придумали же его потому, что некоторые виды паровых моторов, вопреки распространенному мнению, обладают довольно высокими КПД и надежностью, хорошими тяговыми характеристиками и многими другими положительными качествами. Впрочем, несмотря на неоднократные попытки, паровые двигатели в авиации так и не прижились. Но это не значит, что им нельзя найти применение на земле.

В последнее время в промышленности и жилищно-коммунальном хозяйстве инженеры все чаще задумываются о целесообразности комбинированного производства электрической и тепловой энергии на малых теплоэлектроцентралях (мини-ТЭЦ), расположенных в непосредственной близости от потребителя. Электроэнергия постоянно дорожает, а шквальные ветры летом и аномальные заморозки зимой все чаще приводят к обрывам линий электропередачи и перебоям в подаче электричества. Поэтому все чаще заводы, фабрики и муниципальные объекты, у которых есть свои котельные, добавляют к ним электрогенераторы с паровыми турбинами.

И котельная превращается в не зависимый от централизованного электроснабжения, выгодный источник не только тепла, но и электричества. Причем КПД таких установок достигает 80–85 %! А если потребителю не нужно много тепла, а только горячая вода для хозяйственных нужд — например, в летнее время, — то котельные оснащают еще и холодильными машинами для кондиционирования помещений, работающими на отработанном в турбине паре.

Так что все получается как будто неплохо. Однако наша промышленность практически не выпускает паровых машин малой мощности. Вот и возникла у российских умельцев идея переделать современный поршневой двигатель внутреннего сгорания (ДВС) в паровой мотор и приспособить его для работы в условиях мини-ТЭЦ. Поскольку ДВС дешевле паровой турбины, то при небольшой переделке можно получить значительную экономическую выгоду.

Так выглядит ротор маломощной паровой турбины.

Типовая схема включения паропоршневого электроагрегата и паровой котельной, работающей в режиме мини-ТЭЦ.

Решить эту задачу взялась группа ученых и инженеров объединения «Промтеплоэнергетика» при Московском авиационном институте под руководством старшего научного сотрудника B.C. Дубинина. Здесь уже несколько лет разрабатывают паропоршневые двигатели (ППД) — современные паровые моторы одностороннего давления. При этом в исходном ДВС переделке, по сути, подлежит только механизм подачи топлива. Специалисты из МАИ придумали, как переделать этот механизм в механизм подачи и выпуска пара.

Особых подробностей о конструкции сообщить пока нельзя: она составляет «ноу-хау» разработчиков и проходит процесс патентования. А потому скажем лишь, что дело в основном сводится к тому, что в цилиндры бывшего ДВС вместо бензиново-воздушной смеси поступает перегретый пар, который и толкает поршни.

ППД могут работать в широком диапазоне давлений пара — от 0,5 до 4,0 МПа (5 — 40 атм) и при температурах от 150 до 440 °C. И по частоте вращения вала двигатели превосходят своего «прадедушку», о котором говорилось в самом начале статьи: они могут «раскручиваться» до 3000 об/мин! Управление ППД полностью автоматическое.

Обычно в состав энергоагрегата, кроме одного или нескольких ППД и электрогенераторов, входит еще блок возбуждения, управления и защиты электрогенератора (БВУЗ), который, в свою очередь, состоит из блоков возбуждения и управления (БВУ), защитной автоматики (БЗА), системы управления (БСУ). На схеме показан вариант электроагрегата с асинхронным электрогенератором, поэтому для его работы блок возбуждения БВ снабжен еще и конденсаторами. Распределительное устройство связывает электроагрегат с потребителями энергии.

Пунктирной линией на схеме показаны электрические связи от других генераторов.

Такой паровой мотор, в отличие от турбины, может обеспечивать прямой привод электрогенератора. (Обычной турбине для этого требуется редуктор, так как для обеспечения приемлемого расхода пара она должна работать на высоких оборотах.) Паровой турбине требуется еще и система охлаждения, а это — дополнительный расход воды и потери энергии. ППД же достаточно просто теплоизолировать, а охлаждать его и вовсе не нужно, ведь температура в его цилиндрах сравнительно невелика.