CC BY
80
УДК 621.892.2
З.Ё. Финкельштейн
ГИДРОДИНАМИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА ЖИДКОСТЕЙ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Семинар №17
Значительная часть энергозатрат в промышленности связана с необходимостью обеспечить нужное качество смазочных, технологических и гидравлических жидкостей. Известно, что повышение загрязненности гидравлических жидкостей в 2 раза - в 4^8 снижает ресурс работы гидроустройств, недопустимая загрязненностъ является причиной 80 % всех аварийных остановок промышленного оборудования.
На прокатные станы, например, подается до 20 тыс. м3 воды в час, на сталеплавильные и доменные цеха - до 3 тыс. м3 в час и т.д. Эта вода непрерывно загрязняется. Хотя часть загрязнений остается в отстойниках, в сбрасываемой прокатными станами воде находится до 11 г/л загрязнений. Это означает, что ежесуточно одним цехом сбрасывается около 2^3 тыс. т загрязнений, с чем естественно не могут справиться никакие отстойники, и загрязненная вода вновь идет в систему. Крупность частиц в подаваемой воде на нагревательные печи, на насосы высокого давления для очистки окалины, на охлаждение узлов сталеплавильных печей достигает 60 мм. Большое значение имеет чистота смазочных жидкостей. Наличие абразивных частей в смазке, не только уменьшает срок службы оборудования, но и приводит к очень серьезным авариям.
Традиционно применяются очистители, стоимость которых и затраты на обслуживание непрерывно растут по мере усложнения промышленного оборудования, по мере появления новых прогрессивных технологий, по мере увеличения требований к качеству выпускаемой продукции. При этом повышение стоимости систем очистки не пропорционально увеличению тонкости очистки.
Чтобы обеспечить двукратное снижение крупности задерживаемых частиц, затраты на очистку необходимо увеличить в 5 раз. Если учесть, что в гидросистемах металлургического, горного, строительного и другого оборудования допустимые нормы превышены в десятки и сотни раз, обеспечение требуемой
чистоты традиционными методами потребует очистителей, стоимость которых превысит стоимость самого защищаемого оборудования.
Все современные способы очистки можно разделить укрупненно на две группы: механические фильтры, являющиеся перфорированной перегородкой той или иной конструкции, и очистители в силовых полях (гравитационные, центробежные, магнитные, электростатические). Недостатком первых является малая грязеемкость, увеличение перепада давления по мере забивания отверстий или пор в перегородке, наличие байпасного клапана, перепускающего без очистки часть жидкости из линии загрязненной жидкости в линию очищенной жидкости, ограничения по степени загрязненности, подаваемой на очистку жидкостей, большие габаритные размеры, увеличивающиеся по мере увеличения пропускной способности или тонкости очистки, и др. Все это приводит к необходимости периодической замены или регенерации фильтрующего элемента, встройки сигнальных устройств и т.п. Следует попутно отметить, что запыленность окружающей среды зачастую настолько велика, что простая замена фильтроэлементов в гидросистемах вносит загрязнений больше, чем изнашивание за все время эксплуатации.
Очистка в силовых полях при достаточно большой грязеемкости имеет свои недостатки. К ним относятся для гравитационной очистки (осаждения) большое время на очистку, большие площади очистительных ванн, малая производительность, зависимость от плотности частиц, температурных и других условий; для центрифуг - сложность конструкции, невозможность встройки непосредственно в технологический цикл, необходимость периодической разборки для очистки с последующей балансировкой, огромные энергетические затраты на очистку и др.; для магнитной очистки -отбор в основном ферромагнитных частиц, необходимость в малой скорости обтекания (до 0,01 м/с), тонкость слоя жидкости, в котором магнитное воздействие эффективно, не-
возможность удерживания на магните большой массы уловленных частиц, зависимость от температуры, ударов (для постоянных магнитов) и др; для электростатической очистки -возможность работы только в токонепроводящих жидкостях, низкая производительность.
Выходом из тупикового положения в области очистки различных жидкостей явился разработанный в Донбасском горно-металлургическом институте принцип гидродинамической очистки. В ее основе лежит создание возле каждой ячейки фильтроэлемента потоков, которые позволяют проникнуть через отверстие только частицам, размер которых заведомо (в 3^10 раз) меньше размера отверстия. Более крупные частицы сбрасываются из фильтра или складируются в бункере. Реализуется основной принцип: задача фильтра не в том, чтобы задержать на поверхности фильтроэлемента недопустимо крупные частицы, а в обеспечении чистоты жидкости, прошедшей через фильтр.
Благодаря такому принципиальному решению фильтроэлемент никогда не засоряется и не требует технического обслуживания в течение неограниченного времени работы, не нуждается в сменных элементах либо периодической регенерации имеет меньший и постоянный перепад давления, большую пропускную способность. В фильтре отсутствуют байпасные клапаны, что исключает попадание загрязнений в линию очищенной жидкости. В зависимости от соотношения скоростей смывающего и очищенного потоков имеется возможность регулирования тонкости очистки в процессе работы. Тонкость очистки, обеспечиваемая гидродинамическими фильтрами, недостижима никакими другими очистителями при их эксплуатации непосредственно в производственных условиях.
Благодаря простоте конструкции стоимость гидродинамических фильтров значительно ниже, чем у механических фильтров и в несколько раз меньше, чем у центрифуг той же производительности. В случае поддержания параметров жидкости в пределах ± 30 % от номинальных фильтр работает без осмотра не менее одного года, после чего проводится ревизия фильтрующей поверхности, и при наличии дефектов она заменяется. Работоспособность фильтра полностью восстанавливается.
Как отдельные модификации выпускаются две разновидности гидродинамических фильтров:
1. Неполнопоточные фильтры, в которых для самоочистки некоторое количество (10-20%) фильтруемой жидкости сбрасывается вместе с загрязнениями в емкость для фильтруемой жидкости, а очищенная жидкость (8090%) поступает потребителю (рис. 1).
2. Полнопоточные фильтры отличаются тем, что относительное движение жидкости и фильтроэлемента осуществляется вращением или колебательным движением последнего. Угловая скорость здесь на много меньше, чем в центрифугах. Эти фильтры более сложные, чем неполнопоточные, поэтому их применяют там, где недопустимы сброс части расхода необходим сбор частиц, или там где плотность загрязняющих частиц незначительно превышает плотность жидкости (рис. 2) энергетические затраты на очистку в десятки раз меньше, чем в центрифугах.
Указанные схемы реализованы в различных отраслях техники.
С 1982 г. гидродинамические неполнопоточные фильтры встраиваются в гидросистему добычных угольных комбайнов, выпускаемых Г орловским машиностроительным заводом. Благодаря этим фильтрам долговечность ком-
неполнопоточный ' фильтр
очищенная жидкость 80-90 %
сброс загрязненной г жидкости 10-20 %
емкость очищаемой жидкости__________
фильтруемая жидкость 100 %
вращение \ | фильтроэЛементаЦ
^.очищенная жидкость 100 %
бункер для сбпоса гпязи
вентиль сброса іязи из бункера
Рис. 1. Схема неполнопоточного фильтра
Рис. 2. Схема полнопоточного фильтра
байна в среднем по СССР поднялась на 20^30 %, и на 30 % снизилась потребность в запасных гидроузлах.
Более 11000 электрогидравлических вентилей, снабженных автоматикой, работающей на шахтной воде за 13 лет не имели никаких неприятностей с заклиниванием золотников после того как в них были встроены неполнопоточные гидродинамические фильтры. 640 тыс. долл. экономии получил в год АвтоВАЗ только от одного неполнопоточного фильтра, установленного в линии очистки грунтов для покраски автомобилей. Такие же фильтры были установлены на АЗЛК и более тонкие фильтры на АвтоЗАЗе. Везде гидродинамические фильтры устанавливались в импортные линии вместо итальянских, немецких и английских фильтров. Одна из польских фирм купила лицензию полнопоточный фильтр, устанавливаемый на передвигаемую вручную тележку для заливки , и очистки жидкостей в картерах действующего оборудования. При этом возможна промывка картеров с последующей очисткой промывочной жидкости. Одна установка обеспечивает регенерацию масел всего оборудования цеха, поскольку на восстановление качества минеральных масел необходимо от 20^40 мин. Расход смазочных и гидравлических жидкостей сокращается по предприятию в 3^4 раза. Окупаемость установки около одного месяца.
Особенный интерес представляет использование гидродинамических фильтров в металлургии. Еще 3 года назад был установлен неполнопоточный фильтр тонкой очистки в листопрокатного цехе Донецкого металлургического завода для очистки воды подаваемой к насосам высокого давления для сбива окалины. Фильтр производительностью 65 м3/ч с тонкостью очистки 0,035 мм был встроен в трубу диаметром 600 мм идущей от заводского озера - отстойника. Благодаря этому фильтру, не только значительно повысилась долговечность насосов высокого давления, но и была обеспечена их защита при залповом попадании загрязнений в трубопровод. В настоящее время в цехе успешно работает еще один фильтр на 520 м3/ч.
Этапным для развития гидродинамической очистки сильно загрязненных вод (до 11 г/л) явился фильтр, установленный на стане 1700 ММК им. Ильича. Он был спроектирован на расход в 2000 м3/ч с проектной тонкостью очистки в 0,5 мм. Фильтр с такой характеристикой не выпускался нигде в мире. Фильтр допускает подачу на него жидкости с частицами размером до 30 мм.
По производительным причинам фильтр был переделан на расход в 1000 м3/ч. За все время эксплуатации (более одного года) фильтр не потребовал никакого технического обслуживания (фильтр очистил 6000000 м3 воды), все узлы и детали его не протерпели никаких изменений, тонкость очистки составляет 0, 2 мм, перепад давлений
0,02^0,03 МПа. Полностью исчез износ форсунок. В настоящее время ДГМИ получил техническое задание от ММК им. Ильича на проектирование системы фильтров, каждый из которых производительностью 4000 м3/ч. Фильтр сверхтонкой очистки в 0,025 мм производительность 20 м3/ч успешно работает на Днепропетровском металлургическом заводе им. Коминтерна, выпускающего сварные трубы среднего диаметра. Задача этого очистителя - отделение от СОЖей, предназначенных для охлаждения сварочных швов, мелких частиц - окалин. Менее глубокая очистка должна приводить к поломке импортного оборудования и снижению качества выпускаемой продукции. Такой тонкости очистки, особенно если учесть наличие 10 г/л загрязнений, не достигал в производственных условиях не один фильтр в мире.
Полнопоточный фильтр с тонкостью очистки 15 мкм и пропускной способностью в 60 л/мин был установлен в линии подачи смазки к подшипникам жидкостного трения сортопрокатного цеха Донецкого металлургического завода. По отзывам механической службы цеха фильтр показал себя с самой лучшей стороны, резко повысив долговечность этих подшипников.
Таким образом, можно констатировать, что осуществлен прорыв в области систем очистки жидкости, что открывает простор появлению новой прогрессивной техники.
--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Финкельштейн З.Л. Применение и очистка рабочих жидкостей для горных машин. -М.: Недра, 1986.- 232 с.
— Коротко об авторах--------------------------------------------------------------------
Финкельштейн З.Ё. - доктор технических наук, Донбасский горно-металлургический институт.
