WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

На этом принципе, при участии автора, была разработана конструкция и способ изготовления фильтрующего элемента, выполненного на основе сжимаемого пористого материала – пенополиуритана. Фильтрующий элемент (рис.1.) состоит из перфорированного каркаса -1 на котором установлен набор фильтрующих дисков -2 имеющих в свободном состоянии сферическую форму, нижней -3 и верхней -4 крышек.

В процессе сборки сферические диски 2 устанавливаются на перфорированный каркас 1 и обжимаются крышками 3 и 4. Поровая структура фильтрующего материала в процессе сборки деформируется, обеспечивая постепенное уменьшение размера пор в направлении движения потока очищаемой жидкости. Это позволяет в процессе работы фильтрующего элемента обеспечить более полное заполнение всего объема фильтрующего материала и, как следствие, повысить ресурс работы фильтра.

Рис. 2. Фильтрующий элемент грубой очистки (ФГО)

Количество дисков К зависит от геометрических параметров и требуемой степени обжатия фильтрующего материала и может быть определено по формуле:

, (6)

где Н – высота фильтрующего элемента; rн и rв – радиус сферического диска и его внутреннего отверстия соответственно; n – максимальная степень обжатия фильтрующего материала.

Степень обжатия пористого материала в данной конструкции является переменной. Максимальная степень обжатия будет наблюдаться в областях, прилегающих к перфорированному каркасу. Ее величина определяется требуемой тонкостью очистки. Установлено, что при использовании в качестве пористого материала пенополиуритана марки ППУ-ЭО-130 зависимость между номинальной (95%-й) тонкостью очистки d0,95 и степенью его обжатия n удовлетворительно описывается эмпирической зависимостью вида:

. (7)

Предложенная конструкция фильтрующего элемента, (рис.2) является достаточно простой, технологичной и поэтому использована в качестве ступени грубой очистки в установке для очистки рабочих жидкостей. Способ изготовления фильтрующего элемента признан изобретением.

Другим перспективным направлением совершенствования фильтров для очистки рабочих жидкостей является создание условий фильтрации, препятствующих осаждению частиц и их проникновению в поровую структуру фильтрующего материала, например за счет вращения фильтрующего элемента (режим гидродинамического фильтрования).

Процесс очистки рабочей жидкости от загрязнений вращающимся фильтрующим элементом является вероятностным. Для его описания все частицы, поступающие к фильтрующему материалу, можно разделить на две группы. К первой относятся частицы, размер которых х меньше размера (диаметра) пор фильтра dП, т.е. х<dП или х/dП<1, ко второй группе относятся частицы, размер которых больше размера пор х>dП или х/dП>1. Рассмотрим силы, действующие на частицу при ее фильтрации в этом случае.

Рис. 3. Схема гидродинамического фильтрования.

Условно сферические частицы малых размеров (х<dП) при подходе к поверхности фильтрующего материала находятся в поле действия трех векторов скоростей:

Vф = - фильтрационной;

u = - тангенциальной;

Vц = - центробежной,

где – пористость фильтрующего материала;Vм – пропускная способность фильтра;

R – радиус фильтрующего элемента (R = D/2, где D – диаметр фильтрующего элемента);

Частицы загрязнений малых размеров (х < dП), попавшие в пору фильтрующего материала, могут пройти через нее, если частица под воздействием вектора результирующей скорости окажется (как минимум) в поровом пространстве на глубине,

соответствующей не менее dr/2. Условие продвижения частиц в глубину поры из подобия треугольников векторов скоростей и переменной частицы (без учета вектора Vц) определяется уравнением:

. (8)

Уравнение (8) позволяет получить формулу для расчета минимального размера частиц, задерживаемых фильтром:

. (9)

Уравнение (9) позволяет получить формулу расчета требуемой угловой скорости вращения фильтрующего элемента для получения требуемого качества очистки по минимальному размеру частиц х, жидкости с заданной тонкостью фильтрации:

=. (10)

На основе известных положений гидравлики получена зависимость, определяющая общее начальное гидравлическое сопротивление вращающегося фильтрующего элемента:

, (11)

где = - гидравлическое сопротивление фильтрации тонкослойного пористого материала; = - дополнительное сопротивление, обуслов- ленное вращением фильтра.

Здесь: Dвр, Н – диаметр и высота фильтрующего элемента;, dn – пористость и средний размер пор материала; - кинематическая вязкость жидкости.

При очистки загрязненной жидкости изменение гидравлического сопротивления фильтрующего материала по времени определяется законом полного закупоривания пор частицами загрязнения, размер которых больше или равен размерам пор.

Ресурсная характеристика гидродинамического фильтра описывается уравнением:

, (12)

где

Здесь: Со – массовая концентрация загрязнений в очищаемой жидкости; хср средний размер частиц загрязнений, определяемый по кривым массового распределения частиц; эмпирический коэффициент; гидравлическое сопротивление после наработки ресурса.

Ресурс гидродинамического фильтра определяется по формуле:

. (13)

Формулы (9), (10), (11), (13) позволяют произвести выбор основных параметров гидродинамических фильтров с вращающимися фильтрующими элементами и могут быть использованы при их проектировании и оптимизации.

Методы экспериментальных исследований. Определение массового содержания загрязнений в рабочих жидкостях проводилось по ГОСТ 10577-78 «Нефтепродукты светлые. Методы определения механических примесей». Метод А. Дисперсный состав загрязнений изучался методом микроскопии. Счетная концентрация частиц загрязнений определялась с использованием автоматического анализатора жидкостей ФС-112/3. Проверка проб рабочих жидкостей на присутствие воды проводилось по ГОСТ 2477-89 «Нефть и нефтепродукты. Методы определения содержания воды».

Стендовые лабораторные испытания проводились с применением рабочих жидкостей МГ-30 (ГОСТ 20799-88). Исследования фильтрационных свойств (определение тонкости и полноты фильтрации) и испытания гидродинамического фильтра на условный ресурс проводились с использованием в качестве искусственного загрязнителя стандартной кварцевой пыли с удельной поверхностью 1050 м3/кг. Исследования гидравлических свойств и испытания на условный ресурс гидродинамических фильтров проводились на стенде для исследования фильтров, имеющим два автономных электродвигателя с бесступенчатым регулированием скорости вращения валов.

Гидравлическая характеристика определялась в виде зависимости P = f(V), а ресурсная характеристика в виде зависимости P = f().

Эксплуатационная проверка метода оценки загрязненности рабочих жидкостей механическими примесями проводились в производственных зонах предприятий. Пробы отбирались на объектах эксплуатации машин. Эксплуатационные испытания прибора для определения содержания воды и установки для очистки рабочих жидкостей проводились как в производственных зонах предприятий, так и в полевых условиях.

Результаты экспериментальных исследований. Исследования загрязненности рабочих жидкостей проводились путем отбора и анализа проб из гидробаков экскаваторов и бульдозеров, работающих на строительных объектах. Результаты исследований показывают, что массовая концентрация загрязнений в жидкостях может колебаться в пределах от 0,006% (масс) в зимний период до 0,018% (масс) в летний. Значительный разброс объясняется, как различными сроками эксплуатации рабочих жидкостей после ее смены, так и различием в условиях эксплуатации самих машин.

Статистическая обработка результатов исследований показала, что в интервале размеров частиц от 5 до 500 мкм между массовой и счетной концентрацией наблюдается корреляционная зависимость, которая удовлетворительно описывается уравнением:

, (14)

где Сз – массовая концентрация загрязнений в пробе жидкости; - суммарное количество частиц в 1 мл жидкости.

Полученная зависимость положена в основу разработки экспресс-метода оценки загрязненности рабочих жидкостей с помощью автоматических счетчиков частиц.

Лабораторные исследование водопоглощающих свойств поливинилформаля и изменение его электропроводности при наличии воды показывает, что между показателями существует линейная зависимость, которая удовлетворительно описывается уравнением:

, (15)

где Св – массовая концентрация воды в пробе жидкости; J – величина тока в электрической цепи.

Эти результаты положены в основу разработки метода и прибора для экспресс- контроля обводненности рабочих жидкостей.

Исследования возможности использования гидродинамических фильтров для очистки рабочих жидкостей от загрязнений проводились на полноразмерных конструкциях двух видов, отличающихся конструкцией корпусов.

Лабораторные испытания гидродинамических фильтров проводились на образцах (моделях) имеющих два конструктивных исполнения, показанных на рис. 4 и рис.5.

Испытаниям подвергались шесть образцов (моделей), отличающихся конструкцией и технологией производства фильтрующего материала (высокомолекулярного пористого пленочного полиэтилена).

В процессе испытаний гидродинамических фильтров изучались их гидравлические свойства, задерживающие свойства, а также оценивался их условный ресурс.

Рис. 4. Схема однокорпусного гидродинамического фильтра с вращающимся элементом:

1 – корпус; 2 – вал; 3 – каркас; 4 – фильтрующий материал; 5 и 6 – крышки; 7 – впускной канал; 8 - выпускной канал; 9 – сливная пробка

Рис. 5. Схема двухкорпусного гидродинамического фильтра с вращающимся элементом:

1 – первый корпус; 2 – вал; 3 – каркас; 4 – фильтрующий материал; 5 и 6 – крышки; 7 – впускной канал первого корпуса; 8 - выпускной канал; 9 – сливная пробка из обоих корпусов; 10 – второй корпус; 11 - впускной канал второго корпуса

Результаты испытаний (рис.6) показывают, что все исследуемые конструкции в целом обладают достаточно хорошими гидравлическими свойствами, наибольшее влияние которые оказывает структура пористого материала. С увеличением давления прессования высокомолекулярного пористого пленочного полиэтилена гидравлическая характеристика фильтров ухудшается. Влияние конструкции корпуса фильтра (одинарного и двойного) существенного влияния на гидравлические характеристики фильтра не оказывает.

Исследования задерживающих свойств гидродинамических фильтров проводились при расходе рабочей жидкости 2.0 л/мин, частота вращения фильтрующего элемента менялась в диапазоне от 0 до 120 об./мин с шагом 40 об./мин. В процессе исследования определялись: номинальная тонкость очистки, фракционные коэффициенты отсева частиц загрязнений и коэффициент полноты отсева.

Результаты исследований номинальной (95-ой) тонкости очистки фильтров и соответствующие им коэффициенты полноты отсева приведены в таблице 2, фракционные коэффициенты отсева на рис.7.

Рис. 6. Гидравлические характеристики гидродинамических фильтров

Исследование задерживающих свойств образцов показывает, что в целом с увеличением частоты вращения фильтрующего элемента, эти свойства повышаются.

Испытания фильтров на условный ресурс проводились с целью оценки влияния типа пористого материала и конструкции фильтра на ресурс его работы, а также оценки возможности регенерации фильтрующего материала с целью его повторного использования. На первом этапе исследований определялась ресурсная характеристика моделей фильтров при вращении фильтрующего элемента в диапазоне от 0 (неподвижный фильтрующий элемент) до 120 об/мин с шагом 40 об/мин.

Результаты исследования задерживающих свойств фильтров

Таблица 2.

Номинальная тонкость фильтрации, (мкм)

Номер образца

I

II

III

IV

V

VI

при : n = 0 об/мин n = 40 об/мин

n = 80 об/мин

n = 120 об/мин

40.6

39.2

30.3

27.6

10.2

11.3

36.5

34.2

26.4

24.0

6.7

6.3

27.4

23.2

17.6

17.3

3.7

3.5

30.7

28.5

23.6

20.8

5.7

6.0

Коэффициент полноты отсева, %

Номер образца

I

II

III

IV

V

VI

при : n = 0 об/мин n = 40 об/мин

n = 80 об/мин

n = 120 об/мин

0.10

0.11

0.15

0.16

Pages:     | 1 || 3 |






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