WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |

На правах рукописи

ПИВНЕВ ДЕНИС ЕВГЕНЬЕВИЧ

РАЗРАБОТКА КОМБИНИРОВАННIЫХ ПОВЕРХНОСТНЫХ ФИЛЬТРОВ-ОЧИСТИТЕЛЕЙ НЕФТЕПРОДУКТОВ ДЛЯ ДОРОЖНЫХ И

СТРОИТЕЛЬНЫХ МАШИН


05.05.04 - -. Дорожные, строительные и
подъемно-транспортные машины


Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук

Томск — 2003

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Томский государственный архитектурно-строительный университет».


Научный руководитель: Доктор технических наук, профессор

Удлер Эдуард Исаакович


Официальные оппоненты: Заслуженный деятель науки и техники РФ,

доктор технических наук, профессор
Коваленко Всеволод Павлович;
Кандидат технических наук, доцент
Ларионов Сергей Аркадьевич


Ведущая организация: ОАО «Томскэкскавация»


Защита диссертации состоится « 25» декабря 2003 г. в 14.00 на заседании диссертационного совета К.212.265.01 при Томском государственном архитектурно-строительном университете по адресу: 634003, Томск, пл. Соляная, 2, корп. 4, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.


Автореферат разослан « 25» ноября 2003 г.

Ученый секретарь
диссертационного совета

кандидат технических наук,

доцент С.М. Кравченко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Дальнейшее развитие строительного производства является основой интенсивного развития экономики России. При этом увеличение объемов строительства и повышение качества работ невозможно без их комплексной механизации с использованием надежной и безотказной техники. Поэтому все системы дорожных и строительных машин должны иметь высокий технический уровень и высокую надежность.

Эксплуатационная надежность машин непосредственно связана с чистотой применяемых горюче-смазочных материалов. Применение загрязненных
нефтепродуктов вызывает интенсивный износ трущихся пар систем и механизмов машин. Загрязнения приводят к снижению безотказности техники. Поэтому
обеспечение чистоты применяемых нефтепродуктов является постоянно актуальной и комплексной проблемой, а главный путь ее решения - это своевременная и эффективная очистка нефтепродуктов посредством фильтрации.

Цель исследования. Разработка более совершенных комбинированных поверхностных фильтров-очистителей нефтепродуктов для дорожных и строи-
тельных машин, обладающих повышенной эффективностью очистки и ресурсом.

Объект исследования. Фильтры-очистители топливных и гидравлических систем машин, а также заправочных и других средств, применяемых при техническом обслуживании техники.

Предмет исследования. Процессы фильтрационной очистки нефтепродуктов, применяемых при эксплуатации машин.

Научная новизна. Разработана вероятностная математическая модель
абразивного износа трущихся пар механизмов машин с учетом влияния двухступенчатой фильтрации нефтепродуктов, поступающих в пару. Получены расчетные зависимости оценки гидравлических свойств, а также стандартных показателей эффективности очистки нефтепродуктов двухступенчатыми комбинированными фильтрами. Получена расчетная зависимость, описывающая ресурсную характеристику двухступенчатого комбинированного фильтра, позволяющая оценивать его ресурс. Разработана математическая модель комбинированного двухступенчатого фильтра, компьютерная программа его расчета и оптимизации. Предложены новые конструкции двухступенчатых комбинированных фильтров повышенной эффективности и ресурса на уровне изобретения.

Практическая ценность. Разработанные новые конструкции, а также методы расчета и оптимизации двухступенчатых комбинированных топливных и масляных фильтров поверхностного типа позволяют создавать гофрированные бумажные фильтры повышенной эффективности по качеству очистки, надежности и ресурсу.

Реализация результатов исследований. Результаты исследований используются при выполнении научно-исследовательских работ и конструкторских разработок по созданию топливных и масляных фильтров для дорожных и строительных машин в организациях, занятых разработкой и производством фильтров, а также в учебном процессе ВУЗов.

Апробация работы. Основные положения работы доложены, обсуждены и одобрены на:

- научно-технической конференции «Архитектура и строительство» (Томск, 1999 г.);
- международной научной конференции «Современные проблемы транспортного строительства, автомобилизации и высокоинтеллектуальные научно-педагогические технологии» (Омск, 2000 г.);
- международной научно-практической конференции «Проблемы эксплуатации транспортных систем в суровых условиях» (Тюмень, 2001 г.);
- международной научно-технической конференции «Архитектура и строительство» (Томск, 2002 г.);
- Всероссийской научно-технической конференции «Механика и процессы управления моторно-трансмиссионных систем транспортных машин» (Курган, 2003 г.).

Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в девяти научных трудах, в том числе в восьми статьях и одном описании к свидетельству РФ на изобретение (полезную модель).

Объем работы. Диссертация изложена на 158 страницах и включает введение, пять глав, общие выводы, список литературы из 101 наименования и приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение. Обоснована актуальность выбранного направления исследований, излагаются положения, выносимые на защиту.

Состояние вопроса. Цель и задачи исследования. На основании литературных источников рассмотрена общая характеристика загрязненности нефтепродуктов, применяемых при эксплуатации машин. Установлено существенное влияние загрязнений на надежность и долговечность дорожных, строительных машин и другой техники.

Рассмотрены существующие методы и технические средства очистки нефтепродуктов, разработке и совершенствованию которых посвящены труды Рыбакова К.В., Карпекиной Т.П., Резника Л.Т., Григорьева М.А., Борисовой Г.В., Коваленко В.П., Удлера Э.И., Зуева В.М., Барышева В.И. и др. исследователей.

Установлено, что главным путем обеспечения чистоты используемых машинами нефтепродуктов является их очистка с помощью пористых фильтров. Причем наибольшее распространение получили топливные и масляные гофрированные фильтры поверхностного типа, звездообразная фильтрующая штора которых выполнена из специальных видов бумаги и картона.

Показано, что одноступенчатые (одношторные) бумажные фильтры (фильтроэлементы) по фильтрационным показателям и конструкции нуждаются в дальнейшем совершенствовании. Необходима разработка конструкций и фильтрационной теории двухступенчатых комбинированных фильтроэлементов с гофрированными шторами разной пористости, обеспечивающих последовательную селективную задержку дисперсных загрязнений, что даст увеличе-

ние ресурса сменяемых фильтроэлементов при повышении качества очистки нефтепродуктов. Возможно также создание комбинированных фильтров с последовательным включением ступеней.

На основании проведенного анализа, исходя из поставленной цели исследования, определены следующие задачи, подлежащие решению:

- теоретически изучить влияние двухступенчатой фильтрации на качество и процесс очистки загрязненных нефтепродуктов и абразивный износ смазываемых пар трения, а также получить необходимые расчетные зависимости, описывающие эти эффекты;
- разработать варианты конструктивного исполнения двухступенчатых комбинированных фильтроэлементов повышенной эффективности;
- выполнить необходимые лабораторные и стендовые экспериментальные исследования загрязненности применяемых нефтепродуктов в условиях строительного производства, свойств современных фильтрационных материалов, а также стендовые испытания комбинированных двухступенчатых фильтроэлементов с целью проверки основных выводов теоретических исследований;
- провести эксплуатационные испытания опытных образцов усовершенствованных двухступенчатых фильтроэлементов в топливных, гидравлических системах машин и средствах заправки машин топливом с целью сравнительной оценки их эффективности с серийными;
- разработать методику расчета и оптимизации двухступенчатых комбинированных фильтров с программным обеспечением для персональных ЭВМ;
- оценить экономическую эффективность применения двухступенчатых комбинированных фильтров.

Теоретические предпосылки разработки комбинированных поверхностных фильтров. В качестве стандартных показателей оценки эффективности задержки полидисперсных загрязнений двухступенчатыми фильтрами приняты результирующие коэффициент отфильтровывания xp и коэффициент полноты фильтрации p. При известных коэффициентах отфильтровывания ступеней x1 и x2 результирующий коэффициент отфильтровывания будет:

Здесь: b1 = 1,679/d0,5(1); b2 = 1,б79/d0,5(2) - параметрs, определяемые через 50% тонкость фильтрации пористых материалов, как размер частиц 50% которых задерживается первой d0,5(1) и второй d0,5(2) ступенями.

Результирующий коэффициент полноты фильтрации, как относительная
массовая доля задержанных загрязнений, будет:

где dF(х)= а2me-a,,, x dx - известная универсальная дифференциальная функция
массового распределения частиц загрязнений по размерам, выраженная через

параметр аm = 1,б79/х0,5(m), определяемый через медиану функции массового распределения частиц по размерам x0,5(m).

Интегрированием (2) с учетом (1) получена следующая формула расчета результирующего коэффициента полноты двухступенчатой фильтрации:

При b1 = 0 формула (З) оценивает коэффициенты полноты одноступенчатой фильтрации.

С целью оценки влияния двухступенчатой фильтрации на процесс абразивного изнашивания трущихся пар машин разработана математическая модель износа, применимая к парам трения типа поршень-цилиндр, плунжер-гильза, золотник-корпус и т.д. При этом за основу принят вероятностный подход согласно которому полная вероятность износа пары трения с зазором n от абразивного воздействия каждой из частиц размером х описывается специально подобранной функцией, хорошо аппроксимирующей известные экспериментальные данные.

Элементарный износ в дифференциальной форме принимается пропорциональным элементарной массе частиц, поступающих в пару после двухступенчатой фильтрации. На основе интегрального решения получена следующая формула для расчета абразивного износа пары трения, защищенной двухступенчатым фильтром:

При b1 = 0 формула (4) описывает износ пары, защищенной одноступенчатым фильтром.
В формуле: Vm - массовый расход рабочей жидкости в паре трения;

С0 - массовая концентрация загрязнителя;

kио - экспериментальный коэффициент интенсивности износа в мкм/кг, совокупно учитывающий свойства абразива материалов трения и др. факторы;

- экспериментальный коэффициент снижения темпа износа при увеличении зазора в паре;

= (1/n)kф - параметр функции вероятности с учетом формы частиц kф=(1,6...1,8);

н = 2,72 - основание натурального логарифма;

- время процесса изнашивания.

Обработкой результатов стендовых износных испытаний плунжерных пар насосов высокого давления дизельных двигателей, выполненных НАМИ,

ЯЗТА и др., показана хорошая сходимость имеющихся данных с расчетом по формуле (4). Показана возможность анализа влияния комбинированной системы грубой и тонкой очистки нефтепродуктов на износ трущихся пар с помощью расчетной зависимости (4).

Двухступенчатая фильтрация нефтепродуктов является одним из резервов повышения ресурса сменных фильтров (фильтроэлементов), т.к. применение двухшторной комбинации гофрированных тонкослойных пористых материалов с последовательно уменьшающейся пористостью перераспределяет полидисперсные загрязнения между ступенями, что снижает общий темп роста гидравлического сопротивления фильтра в процессе его эксплуатации.

Теоретическая оценка ресурса комбинированных двухступенчатых фильтров поверхностного типа базируется на описании процесса последовательной задержки полидисперсных загрязнений топлива и масла пористой структурой фильтроматериалов ступеней. На этой основе получена следующая формула, описывающая закономерность изменения гидравлического сопротивления двухступенчатого фильтра p во времени, представляющая собой его ресурсную характеристику:

где p01, p02 - начальные гидравлические сопротивления фильтрующих штор первой и второй ступени, определяемые известными методами по закону Дарси при заданном объемном расходе V нефтепродукта, имеющего кинематическую вязкость н, плотность н. Учитывается, что фильтрация осуществляется последовательно через пористые тонкослойные материалы толщиной 1, 2, имеющие проницаемость К1 и К2 с поверхностями фильтрации S1 и S2 соответственно.

фильтрования нефтепродукта с полидисперсным загрязнителем плотностью 3 последовательно через фильтровальные материалы, имеющие начальную пористость 01, 02 и коэффициенты полноты фильтрации 1 и 2 соответственно. Входящие в константу гтт и от - средние размеры частиц загрязнений, поступающие на первую и затем на вторую ступень фильтрации определяются

так:

где а = 1,679/х0,5 - параметр, определяемый через медиану функции счетного распределения частиц загрязнений по размерам х0,5.

В константах m1 и m2 экспериментально определяемый коэффициент ф совокупно характеризует кинетику процесса фильтрования.

Многовариантные расчеты фильтров с учетом свойств серийных отечественных фильтровальных бумаг типа БФДТ, БТ-ЗП, БТ-I0П, БФМ и др. по формулам (1), (3), (5) показали, что комбинированные двухступенчатые фильтры (фильтроэлементы) с уменьшающейся пористостью по ступеням имеют более

пологие ресурсные характеристики, больший ресурс и более высокое качество очистки загрязненных нефтепродуктов по тонкости и полноте в сравнении с одноступенчатыми в рамках одного и того же объема фильтров. Показано существование оптимальных комбинаций фильтровальных материалов, обеспечивающих наибольший ресурс комбинированных фильтров.

Pages:     || 2 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»