Коровянская Анастасия Денисовна Korovyanskaya Anastasia Denisovna УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ФОРСУНКА ULTRASONIC NOZZLE Муниципальное общеобразовательное учреждение «Гимназия 5» г. Юбилейного Московской области, 11А класс Научный руководитель профессор кафедры «Прикладная механика и математика» Московского государственного строительного университета (НИУ) д.т.н., с.н.с. Лебедев Владимир Валентинович учебный год Журнал «Физика» 5/2014. ИД «Первое сентября» 1

ГОСТ АППАРАТУРА ДИЗЕЛЕЙ ТОПЛИВНАЯ. ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ. Форсунка топливная - устройство для распыления жидкого топлива, подаваемого в камеру сгорания двигателя. Характеризуется коэффициентом расхода, углом топливного факела, качеством распыливания и распределения топлива в факеле. Форсунки Механические (энергия топлива) Пневматические (энергия воздуха) ? mechanical pneumatic nozzle energy of the fluidenergy of air Журнал «Физика» 5/2014. ИД «Первое сентября» 2

Форсунки Механические (энергия топлива) Пневматические (энергия воздуха) ? Форсунки в повседневной жизни donetsk.all.biz pokrasymavto.ru otvertka.ru winpravda.com engine.h10. ru moly-shop.ru autosup.ru Закон Бернулли Какую ещё энергию можно использовать? What other power could be used? The nozzles in the home Bernoulli's law Журнал «Физика» 5/2014. ИД «Первое сентября» 3

Какая энергия распыляет топливо? Механические форсунки (энергия топлива – бензонасос, ТНА) Пневматические форсунки (энергия воздуха - компрессор) dizelexpert.ru ТНВД avia-simply.ru ТРВД ЖРД, ТНА amastercar.ru What energy atomizes the fuel? rocket motor automobile Engine pump compressor ? Журнал «Физика» 5/2014. ИД «Первое сентября» 4

Новизна работы – новый распылитель топлива Почему бы не подводить энергию сразу к форсунке? Преимущества: 1)топливный насос нужен только для подачи топлива; 2)компрессор нужен только для подачи воздуха; 3)… главное – потом. Каждый занимается своим делом! ru.wikipedia.org Вывод. Очень часто форсунка не работает из-за отказов других агрегатов. The novelty of the work - the new fuel dispenser It is necessary to supply energy directly to the nozzle, and not to air or liquid? Other units do not allow the nozzle to work Журнал «Физика» 5/2014. ИД «Первое сентября» 5 Практическая значимость в риторических вопросах. 1)Кто не заменял топливный насос в автомобиле? 2)Сколько стоит компрессор ТНВД дизеля? 3)Всегда ли давление газа в котельной нормальное? 4)Легко ли изготовить лопатку компрессора ТРВД? 5)Какой срок службы насосов? 6)На что жалуются обладатели Skoda Superb?

Цель работы – повышение качества распыления топлива для более полного его сгорания tehnicheskih-zhidkostey/forsunki- tsentrobezhnye.html Конический полый факел Конический заполненный факел ООО "ОБЩЕМАШ», г. Пересвет, Сергиев Посад Всегда ли факел форсунки расчётный? Purpose - to improve the quality of fuel atomization for more complete combustion Always a torch nozzle bank? empty full Журнал «Физика» 5/2014. ИД «Первое сентября» 6

АНАЛИЗ ЛИТЕРАТУРЫ Майер В.В. Простые опыты с ультразвуком. (Серия «Библиотека физико-математической литературы») – М.: Наука, – 161 с. – Ил. В. В. Майер, Е. И. Вараксина. Звук и ультразвук в учебных исследованиях. - Издательский дом "Интеллект", г. Долгопрудный, 2011 г., 335 с. - Ил. Физический энциклопедический словарь / Гл.ред. А.М.Прохоров. Ред. колл. Д.М.Алексеев и др. – М.: Сов.энциклопедия, – С – Магнитострикция. Ульразвуковой генератор. hobby.org/modules/newbb/viewtopic.php?post_id=16579 – hobby.org/modules/newbb/viewtopic.php?post_id=16579 Дата обращения Simple experiments with ultrasound Analysis of the literature Sound and ultrasound in educational research Physical Encyclopedic Dictionary Ultrasonic generator This was Журнал «Физика» 5/2014. ИД «Первое сентября» 7

Большое спасибо доктору педагогических наук, профессору Валерию Вильгельмовичу Майеру, без книг которого эта работа не могла быть начата. Спасибо его помощнице Вараксиной Екатерине Ивановне. Спасибо журналам «Потенциал» и «Юный техник», из которых я узнала об этой теме. Many thanks to my teachers Журнал «Физика» 5/2014. ИД «Первое сентября» 8 8

ДОРАБОТКА МАГНИТОСТРИКЦИОННОГО ИЗЛУЧАТЕЛЯ Сейчас есть в продаже неодимовые магниты Конструкция, предложенная В.В.Майером Две авторские доработки: 1) резиновое кольцо – опора наверху; 2) цилиндрический неодимовый магнит вместо обычного кольцевого Чертёж с сайта Дата обращения Further development of a magnetostrictive transducer The design of the Mayer My construction Журнал «Физика» 5/2014. ИД «Первое сентября» 9

ДОРАБОТКА СХЕМЫ, ПРЕДЛОЖЕННОЙ В.В.МАЙЕРОМ (автор А.Д.Коровянская) Повторена неоднократно, проверена. Сайт Два замечания. Исправлены. Характеристики транзистора МП41, МП41А: Характеристики транзистора МП42, МП42А, МП42Б: Транзистор VT1 нагревается ! Заменили резистор R3 на 330 (Ом). Схема работает отлично, но напряжение питания не более 15 В (желательно не более 12 В). I corrected the error in the circuit Журнал «Физика» 5/2014. ИД «Первое сентября» 10

УСТАНОВКА СОБРАНА, ИСПЫТАНА, РАБОТАЕТ Фотография установки без корпуса и блока питания The device is assembled, tested, working Журнал «Физика» 5/2014. ИД «Первое сентября» 11

Характеристики транзистора КТ803А: Заменяем транзистор П210А (p-n-p) на КТ803А (n-p-n) Звуковой генератор установлен временно. Потом его надо заменить на блок. УВЕЛИЧИВАЕМ МОЩНОСТЬ И ЧАСТОТУ (переходим на современные транзисторы) It is necessary to increase the capacity and frequency Журнал «Физика» 5/2014. ИД «Первое сентября» 12

ДЕЛАЕМ УСТАНОВКУ АВТОНОМНОЙ (отказываемся от внешнего звукового генератора) Генератор меандра на микросхеме К155ЛА3. Усилитель сигнала двухкаскадный. Stand-alone device Square wave generator Two-stage amplifier Журнал «Физика» 5/2014. ИД «Первое сентября» 13

ПРОЦЕСС ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДРУГОЙ УСТАНОВКИ Оформление установки в корпусе компьютерного блока питания взято с сайта – Дата обращения I produced another device Журнал «Физика» 5/2014. ИД «Первое сентября» 14

Перспектива – автомобиль Perspective - Car Журнал «Физика» 5/2014. ИД «Первое сентября» 15

2А х 12В = 24Вт Modified scheme Mayer on the chip 555 Доработанная схема В.В.Майера на микросхеме 555 Журнал «Физика» 5/2014. ИД «Первое сентября» 16

Нажимать для повторения ПРИНЦИП РАСПЫЛЕНИЯ ЖИДКОСТИ ДВОЙНЫМ РЕЗОНАНСОМ УЛЬТРАЗВУКА Подмагничивание стержня Ультразвуковой соленоид Стержень Рабочий объём Условие двойного резонанса Синфазные колебания торца стержня в пучностях двух стоячих волн Пример двойного резонанса Оригинальный авторский материал, выносимый на защиту Double ultrasonic resonance Phase oscillations of the end face of the rod Magnetostrictive rod Solenoid workspace rod Журнал «Физика» 5/2014. ИД «Первое сентября» 17

ДВОЙНОЙ РЕЗОНАНС В СФЕРИЧЕСКОЙ КАМЕРЕ Spraying fuel by two standing waves half-wave in ferrite half-wave in the air Журнал «Физика» 5/2014. ИД «Первое сентября» 18

РЕЗУЛЬТАТЫ ПЕРВЫХ ОПЫТОВ Опыт 1. Случайное открытие явления двойного резонанса Мощность излучателя не достаточна для распыления, но в колбе распыление начинается. Стержень немного выше центра колбы диаметром около 50 мм. Опыт 2. Две капли воды распыляли около трёх секунд в колбе Внутри колбы был туман из водяных капелек, которые на колбе постепенно росли, увеличивались, потом начинали стекать по стенкам. Тhe results of the first experiments Журнал «Физика» 5/2014. ИД «Первое сентября» 19

СТРУКТУРА НА КОЛБЕ (время распыления менее 0,5 секунды) Участок колбы размером 10 х 20 мм. Капли воды в виде тумана Нalf a second spray Журнал «Физика» 5/2014. ИД «Первое сентября» 20

СТРУКТУРА НА КОЛБЕ (время распыления 3 секунды) Участок колбы размером 10 х 20 мм. Капли воды растут 5 капель на 1 мм длины, D=200 мкм. Для тумана: d=D/6=30 мкм. НЕ БОЛЕЕ! Тhree seconds spraying Журнал «Физика» 5/2014. ИД «Первое сентября» 21

Ссылка: Картинка: ТЕХНИЧЕСКОЕ ПРЕДЛОЖЕНИЕ ДЛЯ 2-ТАКТНОГО ДВИГАТЕЛЯ Авторское предложение 1 Авторское предложение 2 Подать ультразвук на свечу Свеча всегда будет «сухой», её не зальёт! Ультразвуковой распылитель топлива на входном патрубке двигателя. Two-stroke engine Журнал «Физика» 5/2014. ИД «Первое сентября» 22

ТЕХНИЧЕСКОЕ ПРЕДЛОЖЕНИЕ ДЛЯ 4-ТАКТНОГО ДВИГАТЕЛЯ Авторское предложение 3 Дополнительно распылять топливо в цилиндре двойным резонансом в камере сгорания двигателя. Авторское предложение 1 Ультразвуковой распылитель топлива на входном патрубке двигателя Four-stroke engine Журнал «Физика» 5/2014. ИД «Первое сентября» 23

ТЕХНИЧЕСКОЕ ПРЕДЛОЖЕНИЕ ДЛЯ МАЗУТНОГО КОТЛА jpg Oil fired boiler Журнал «Физика» 5/2014. ИД «Первое сентября» 24

ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПОТЕРЬ НА РАСПЫЛЕНИЕ ТОПЛИВА Одна капля k капель Количество капель Рекомендации: 1)предварительно дробить капли, дораспылять, а не распылять; 2)уменьшить коэффициент поверхностного натяжения (присадки); 3)распылять не очень сильно. Рower costs Журнал «Физика» 5/2014. ИД «Первое сентября» 25

ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПОТЕРЬ НА РАСПЫЛЕНИЕ ЖИДКОСТИ Удельная энергия распыления капель Авторское предложение Рекомендации подтверждены Построение графика функции двух переменных с помощью программы MathCAD-14 Вода Energy costs are very small Журнал «Физика» 5/2014. ИД «Первое сентября» 26

ЗАЧЕМ ВСЁ ЭТО НАДО? 1 - корпус; 2 - излучатель паровой; 3 - гайка поджимная; 4 - сопло; 5 - прокладка медная; 6 - завихритель-кавитатор топливный; 7 -основание; 8 - кольцо переходное Давление пара 5…3 Ати Давление топлива 7…35 Ати Это паромеханическая ультразвуковая форсунка (головка) «Вулкан» (ООО НПП «Внедрение») What for? Журнал «Физика» 5/2014. ИД «Первое сентября» 27

ЗАЧЕМ ВСЁ ЭТО НАДО? Это форсунка топливная (BOSCH) 1-фильтр, 2-электрический разъем, 3-обмотка электромагнита, 4-корпус форсунки, 5-сердечник, 6-корпус клапана, 7-клапан(б-игла клапана), 8-уплотнительное кольцо, 9-распылительное отверстие. What for? Журнал «Физика» 5/2014. ИД «Первое сентября» 28

ЗАЧЕМ ВСЁ ЭТО НАДО? Это выносимая на защиту форсунка What for? Very reliable injector No rubbing detatey Журнал «Физика» 5/2014. ИД «Первое сентября» 29

ЗАЧЕМ ВСЁ ЭТО НАДО? Здесь нечему портиться! Здесь нет трущихся частей! Здесь всё просто изготовить! Самое утомительное – 113 витков соленоида. Работает, распыляет! sprays Журнал «Физика» 5/2014. ИД «Первое сентября» 30 What for?

ПРОБЛЕМА ДЛЯ ШКОЛЫ, НО НЕ ДЛЯ ПРОМЫШЛЕННОСТИ Ферритовые стержни рвутся. Нужны новые МС-материалы: пермендюр, алфер, никель-18. Пермендюр We need a strong magnetostrictive materials Журнал «Физика» 5/2014. ИД «Первое сентября» 31

ВЫВОДЫ 1. Предложено простое надёжное техническое решение ультразвукового распылителя топлива. 2. Устройство является универсальным, может применяться в различных тепловых двигателях и нагревателях. 3. Распылитель топлива имеет дополнительные функции, например, не позволяет «заливать» свечи в ДВС (двигатель внутреннего сгорания). 4. Устройство уменьшает размеры капель в распылённом топливе для увеличения полноты сгорания. 5. Форсунка отлично вписывается в электронную систему управления впрыском топлива. Карбюратор вытеснил кочегара, инжектор вытеснил карбюратор, моя форсунка вытеснит инжектор. Господа инвесторы! Выстраивайтесь в очередь! 1 руб. х 10 млрд.авто = 10 млрд.руб. Журнал «Физика» 5/2014. ИД «Первое сентября» 32