CC BY
63
gy intensity of cooking the feed mixture. In order to reduce the energy intensity of technological process of preparation of feed mixtures and feed the majority tend to use machines that combine milling and mixing. In the feed using the grinders-mixers, thanks to the combination of two operations simultaneously in one machine, energoalmaty significantly reduced in comparison with other fodder, which use different machine for grinding and mixing. Currently the most widespread technology for the production of animal feed directly to farms using aggregates, a major node of which is the mill with pneumatic loading and you load the source of feed ingredients.
Developed the design of the mixer-fermenter for receiving feed with a high content of protein in individual farms; the description of his researches and their results; the variants of circuits of lines for the preparation of fermented fodder: 1) crushed grain; 2) the crushed roots and tubers; 3) chopped straw; 4) the crushed grain and the establishment of compound feed mini-plants using mixer-fermenter.
Key words: fermented feed; mixer-fermenter; line maps for the preparation of fermented feed; compound feed mini-plants; scientific novelty; theoretical and practical significance.
УДК 665.6 © 2016
ГИДРОЦИКЛОН С КОЛЬЦЕВОЙ ВСТАВКОЙ ДЛЯ ОЧИСТКИ ОТРАБОТАННЫХ ТРАНСМИССИОННЫХ МАСЕЛ
М. В. Селезнев, кандидат технических наук, младший научный сотрудник отдела смазочных масел ФАУ «25 ГосНИИхиммотологии Минобороны России», Москва (Россия)
В. М. Холманов, кандидат технических наук, профессор кафедры «Эксплуатация мобильных машин и технологического оборудования»,
Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия им. П. А. Столыпина», Ульяновск (Россия) А. А. Глущенко, кандидат технических наук, доцент кафедры «Эксплуатация мобильных машин и технологического оборудования»,
Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия им. П. А. Столыпина, Ульяновск (Россия)
Аннотация. Проблемы экономного использования нефтепродуктов и ухудшение экологической обстановки вызывают необходимость в разработке методов и средств рационального применения как товарных, так и отработанных смазочных материалов. Одним из вариантов решения этой задачи является регенерация отработанных трансмиссионных масел и использование их по прямому назначению в агрегатах трансмиссий автомобилей. Однако применяемые в настоящее время технические средства для очистки отработанных трансмиссионных масел от нерастворимых примесей являются сложными, дорогостоящими и малоэффективными.
Поэтому исследования, направленные на разработку новых технических средств, позволяющих проводить очистку отработанных смазочных материалов для последующего восстановления их эксплуатационных свойств, являются актуальными и имеющими важное практическое значение.
В статье авторами предложен гидроциклон для очистки отработанных трансмиссионных масел от нерастворимых примесей, отличительным признаком которого является наличие кольцевой вставки. Кольцевая вставка позволяет добиться повышения центробежной силы и степени очистки отработанных трансмиссионных масел путем увеличения скорости движения частицы в пристенной области гидроциклона. Теоретически установлена взаимосвязь центробежной силы и степени очистки отработанных трансмиссионных масел от скорости движения частицы в пристенной области гидроциклона. Приведены оптимальные конструктивные и режимные параметры гидроциклона при очистке отработанных трансмиссионных масел, позволяющих получать степень очистки масел от нерастворимых примесей до 92 %. Использование предлагаемого гидроциклона в технологической линии по регенерации отработанных трансмиссионных масел позволит предприятиям сократить расходы в 2-2,5 раза на покупку товарных смазочных материалов и обеспечить себя необходимым количеством трансмиссионного масла требуемого качества.
Ключевые слова: автотранспортные предприятия, агрегаты трансмиссии, гидроциклон, кольцевая вставка, нерастворимые примеси, отработанное трансмиссионное масло, очистка, регенерация, смазочные материалы, центробежная сила.
В настоящее время актуальность проблем охраны окружающей среды, а также рационального и экономного применения нефтепродуктов вызывает необходимость в регенерации отработанных смазочных материалов, в том числе и трансмиссионных масел
[1, 2]. После эксплуатации отработанные трансмиссионные масла зачастую не утилизируются безопасным способом, а попадают, вследствие антропогенного фактора, в природные условия и в дальнейшем подвергаются только частичному обезвреживанию бла-
75
годаря естественным процессам [3, 4]. Поэтому большая часть отработанных масел является источником загрязнения почвы, водоемов и атмосферы [5, 6]. Регенерация отработанных трансмиссионных масел с последующим их использованием по прямому назначению в агрегатах трансмиссий автотранспортных средств позволит получить предприятиям существенную экономическую выгоду от сокращения расходов на приобретение товарных масел, снизить объем потребляемых смазочных материалов и улучшить экологическую обстановку благодаря сокращению образования отходов [7, 8]. Однако одной из серьезных проблем при регенерации отработанных трансмиссионных масел является обеспечение их качественной очистки от нерастворимых примесей и продуктов разложения масла.
Основными техническими средствами, которые используются в современных технологических линиях при центробежном способе очистки трансмиссионных масел, являются различного рода центрифуги и сепараторы [9, 10, 11, 12]. Недостатками данных аппаратов являются зависимость высокой степени очистки от температуры нагрева, трудоемкость конструкции, малая пропускная способность, высокая стоимость и требование квалифицированного обслуживания. Менее используемые в технологических линиях фильтры также имеют ряд существенных недостатков: сложность конструкции, высокая стоимость, необходимость периодической замены и специализированной утилизации самих фильтрующих элементов [13].
В связи с этим существует необходимость в разработке новых технических средств для очистки отработанных трансмиссионных масел с целью последующего восстановления их эксплуатационных свойств до уровня товарных смазочных материалов.
Для реализации метода очистки отработанных трансмиссионных масел от нерастворимых примесей предлагается использовать гидроциклон, отличительным признаком которого является наличие кольцевой вставки (рисунок 1). Гидроциклон включает в себя корпус цилиндроконической формы 3, многоступенчатую коническую диафрагму 5, кольцевую вставку 4, сменную насадку отводного отверстия 6, приспособления для подачи 8 и отвода 1 очищаемого и очищенного масла. На корпусе установлена крышка цилиндрической формы 9, закрепленная болтовыми соединениями к цилиндрической части. Диафрагма, состоящая из n-ступеней, соединенных между собой с возможностью изменения ее длины, снабжена наружным выступом в виде кольца 2 и установлена под крышкой вдоль оси корпуса. Приспособление для отвода очищенного масла установлено тангенциально к крышке, а в нижней части цилиндроконического корпуса установлена сменная насадка отводного отверстия с возможностью ее замены, которая имеет на
верхней внешней поверхности резьбу, взаимодействующую с внутренней поверхностью нижней конической части корпуса. Движущихся частей в гидроциклоне нет [14, 15].
Эффективность очистки отработанного трансмиссионного масла повышается за счет того, что приспособление для подачи очищаемого масла выполнено в виде патрубка прямоугольного сечения, установленного тангенциально к корпусу в его верхней части с наклоном в 5° к горизонтальной плоскости и снабжено ограничителем 7, позволяющим регулировать поперечное сечение входного потока. Кольцевая вставка, установленная в зазоре между цилиндрической частью корпуса гидроциклона и наружной поверхностью многоступенчатой конической диафрагмы, верхняя ступень внешней поверхности которой имеет резьбу, взаимодействующей с внутренней верхней частью кольцевой вставки, позволяет добиться повышения центробежной силы и степени очистки отработанных трансмиссионных масел путем увеличения скорости движения частицы нерастворимой примеси в пристенной области гидроциклона. При этом длина образующей кольцевой вставки не превышает длины цилиндрической части корпуса.
Несмотря на простоту конструкции, работа гидроциклона (рис. 2) характеризуется сложной гидродинамикой процесса разделения [16, 17].
Отработанное трансмиссионное масло подается тангенциально в верхнюю часть корпуса гидроциклона под давлением через приспособление для подачи очищаемого масла, приобретая круговое движение и перемещаясь в коническую часть корпуса, вследствие чего образуется центробежная сила, превышающая в несколько раз силу тяжести, в результате которой более тяжелая фаза масла отбрасывается к стенкам корпуса гидроциклона, а затем спускается по конусной стенке вниз, откуда непрерывно удаляется через сменную насадку отводного отверстия в нижней части конуса. Более легкая фаза масла перемещается во внутреннем спиральном потоке, который направлен вверх, через многоступенчатую коническую диафрагму. Затем она попадает во внутреннюю полость крышки и через приспособление для отвода очищенного масла отводится из гидроциклона.
В результате проведенных теоретических исследований установлено, что очистка отработанного трансмиссионного масла в гидроциклоне происходит благодаря воздействию на частицу нерастворимой примеси основных сил (рис. 3): центробежной Рц, радиальной Рг, силы Кориолиса Рк, силы сопротивления среды Рс, силы инерции Ри [18]. В качестве частицы нерастворимой примеси принят мельчайший продукт окисления, разложения, загрязнения и износа масла.
76
1
Подача
очищаемого
масла
5
Выход
очищенного
масла
Рисунок 1 - Общий вид гидроциклона (наименование позиций - в тексте)
Рисунок 2 - Схема движения потока отработанного трансмиссионного масла при очистке в гидроциклоне
77
Рисунок 3 - Основные силы, воздействующие на частицу нерастворимой примеси в гидроциклоне
Приняв допущение, что вследствие малого размера отделяемой частицы нерастворимой примеси, она вовлекается во вращательное движение вокруг оси гидроциклона с угловой скоростью О, то самое большое влияние на нее будет оказывать центробежная сила [19].
Направление движения вектора скорости постоянно меняется в зависимости от области потока масла. Если движение потока соответствует положению ниже уровня точки А, вектор скорости будет направлен к стенке гидроциклона, а если выше данной точки, то к его центру. Изменение профиля скорости приводит к несимметричному обтеканию частиц нерастворимых примесей, находящихся в потоке, и их вращению. При вращении частицы вместе с ней вовлекается во вращение поток, что приводит к увеличению скорости среды на одной стороне частицы и к уменьшению ее - на другой (рис. 4).
Рисунок 4 - Возникновение поперечной силы Сафрана
При этом на частицу действует сила, которая стремится переместить ее в поперечном направлении. Эта сила получила название силы Сафмана [20, 21], которая определяется из выражения (1)
Рсаф=1,6515 ( V1 - V2 ) Я2 ( )°'5(V • Vi У'" , (1)
где v - скорость потока между частицей и центром
гидроциклона, м/с; V2 - скорость потока между частицей и стенкой гидроциклона, м/с; S - размер частицы, м; юч - угловая скорость частицы, рад/с; V -скорость потока, м/с.
Из уравнения (1) видно, что при положительной скорости сдвига сила Сафмана будет направлена в сторону оси гидроциклона, а при отрицательном ее значении противоположно направлена - в сторону стенки гидроциклона. Однако, при входе в гидроциклон частица имеет определенную скорость равную скорости входного потока v4 = vH. При попадании частицы из центра потока в пристенную область скорость частицы будет превышать скорость, потока v4> V1, и
поперечная сила Рсаф будет перемещать частицу к стенке гидроциклона. Напротив, при отрыве частицы от стенки она будет отставать от потока v4< V1, и поперечная сила Рсаф будет перемещать ее в центр потока и препятствовать осаждению (рис. 5).
Соответственно, центробежная сила, действующая на частицу нерастворимой примеси в потоке гидроциклона, будет изменяться по радиусу гидроциклона в зависимости от скорости сдвига потока и нахождения частицы в потоке при выполнении условия (рис. 5)
Рисунок 5 - Изменение направления поперечной силы Сафрана в зависимости от положения частицы в потоке масла
V4> V] Р'ц = Рц + Рсаф, при V4< V] Р'ц = Рц - Рсаф (2)
Таким образом, для увеличения центробежной силы и повышения степени очистки отработанных трансмиссионных масел необходимо выполнить условие увеличения скорости движения частицы в пристенной области гидроциклона. Это может быть обеспечено ограничением входного потока путем установки кольцевой вставки в гидроциклон с целью снижения угловой скорости входного потока отработанных трансмиссионных масел возле его оси (рис. 6).
78
I
Рисунок 6 - Схема размещения
В результате проведенных экспериментальных исследований установлены оптимальные конструктивные и режимные параметры гидроциклона при очистке отработанных трансмиссионных масел: давление на входе в гидроциклон - 0,4 МПа, длина погружения кольцевой вставки в цилиндрической части - 80 мм, отношение длины кольцевой вставки к высоте цилиндрической части 1:1, позволяющих получать степень очистки масел от нерастворимых примесей до 92 %.
Использование предлагаемого гидроциклона в технологической линии по регенерации отработанных трансмиссионных масел позволит предприятиям сократить расходы в 2-2,5 раза на покупку товарных смазочных материалов для парка грузовых автомобилей и обеспечить их необходимым количеством трансмиссионного масла требуемого качества при себестоимости восстановления 30-60 % от стоимости товарных масел.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Остриков В. В., Корнев А. Ю. Производство трансмиссионных масел в АПК // Сельский механизатор. 2006. № 1. С. 38-39.
2. Остриков В. В., Матыцин Г. Д., Прохоренков М. В. Организация повторного использования отработанных масел // Техника в сельском хозяйстве. 1999. № 1. С. 32-34.
3. Уханов А. П., Гуськов Ю. В., Артемов И. И., Климанов А. В. Использование нефтепродуктов, технических жидкостей и ремонтных материалов при эксплуатации мобильных машин : учебное пособие. Изд. 2-е. Самара : СГСХА, 2002. 292 с.
4. Уханов А. П., Гуськов Ю. В., Артёмов И. И. Эксплуатационные материалы для автотранспортных средств : учебное пособие. Пенза : Информационноиздательский центр ПГУ, 2003. 424 с.
5. Селезнев М. В., Холманов В. М., Глущенко А. А. Особенности изменения состояния трансмиссионного масла // В сборнике: Молодежь и наука XXI
кольцевой вставки в гидроциклоне
века Материалы III-й Международной научнопрактической конференции.2010. С.112-114.
6. Остриков В. В., Матыцин Г. Д. Организация и технология восстановления отработанных масел // Техника в сельском хозяйстве. 1998. № 5. С. 31-33.
7. Климов К. И., Кичкин Г. И. Трансмиссионные масла. М. : Химия, 1970. 232 с.
8. Виленкин А. В. Масла для шестеренчатых передач. М. : Химия, 1982. 248 с.
9. Марьин Д. М., Хохлов А. Л., Пугач А. В. Оценка влияния энзимной топливной добавки на технико-эксплуатационные показатели дизеля // Сборник аннотаций проектов Молодежного инновационного форума Приволжского федерального округа (Ульяновск, УлГТУ, 13-15мая 2015 г.). Т. 1. Ульяновск : УлГТУ, 2015. С. 155-159.
10. Бухвалов А. С. Теоретический анализ метода активации процесса смазывания в зоне трения подшипников качения // Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии. 2011. № 3. С. 90-93.
11. Ленивцев Г. А., Бажутов Д. Н. Аналитическая оценка влияния размерных параметров центрифуги на степень очистки масел // Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии. 2013. № 3. С. 44-49.
12. Коваленко В. П., Турчанов В. Е. Очистка нефтепродуктов от загрязнения. М. : Недра, 1990. 158 с.
13. Гуськов Ю. В., Царев О. А., Панькин Д. Г. Исследование эффективности очистки моторных масел от мелкодисперсных частиц // Труды ГОСНИТИ. 2009. Т. 104. № 1. С. 152-154.
14. Гидроциклон для очистки отработанного масла : патент 140817 Российская Федерация : МПК В04С5/00, В04С5/04 / Глущенко А.А., Холманов В. М., Селезнёв М. В.; заявитель и патентообладатель Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия им. П. А. Столыпина. № 2013157249/05; за-явл. 23.12.2013 ; опубл. 20.05.2014, Бюл. № 14.
79
15. Гидроциклон для очистки отработанного масла : патент 140822 Российская Федерация : МПК В04С3/00 / Глущенко А. А., Холманов В. М., Селезнёв М. В.; заявитель и патентообладатель Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия им. П. А. Столыпина. №2013157649/05; заявл. 24.12.2013; опубл. 20.05.2014, Бюл. № 14.
16. Селезнев М. В., Холманов В. М., Глущенко
А. А. Использование гидроциклона для очистки высоковязких отработанных технических масел // В сборнике: Фундаментальные основы научно -
технической и технологической модернизации АПК (ФОНТиТМ-АПК-13) материалы Всероссийской научно-практической конференции. 2013. С. 279-285.
17. Холманов В. М. Разработка показателей и технических средств для диагностики состояния моторного масла в эксплуатационных условиях: автореферат дисс. на соискание ученой степени канд. техн. наук 05.20.03. УСХИ. 1983. 17 с.
18. Селезнёв М. В., Глущенко А. А., Холманов В. М. Анализ разделения отработанных масел на фракции в гидроциклоне // Вестник Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Московский государственный агроинженерный университет им. В. П. Горячкина. 2012. № 2 (53). С. 77-80.
19. Селезнев, М. В. Регенерация отработанных трансмиссионных масел и их использование в авто-м о б ильных трансмиссиях (на примере автомобилей КамАЗ): дисс. на соискание ученой степени канд. техн. наук: 05.20.03. Пенза. 2015. 243 с.
20. Башаров М. М., Сергеева О. А. Устройство и расчет гидроциклонов : учебное пособие. Казань : Вестфалика, 2012. 92 с.
21. Шестов Р. Н. Гидроциклоны. Л. : Машиностроение, 1967. 88 с.
© 2016
HYDROCLONE WITH THE RING INSERT FOR CLEANING THE FULFILLED TRANSMISSION OILS
M. V. Seleznev, candidate of technical sciences, junior researcher of department of lubricant oils V. M. Holmanov, candidate of Technical Sciences, professor of «Operation of mobile cars and processing equipment»
A. A. Glushchenko, candidate of Technical Sciences, associate professor «Operation of mobile cars and processing equipment»
Ulyanovsk state agricultural academy im. P. A. Stolypin, Ulyanovsk (Russia)
Annotation. Problems of economical use of oil products and deterioration of an ecological situation cause the necessity in development of methods and means of rational application both the commodity, and fulfilled lubricants. One of versions of the solution of this task is regeneration of the fulfilled transmission oils and their use for the intended purpose in units of transmissions of cars. However the technical means applied now for purification of the fulfilled transmission oils of insoluble impurity are difficult, expensive and ineffective.
Therefore the researches directed on development of the new technical means allowing to carry out purification of the fulfilled lubricants for the subsequent restoration of their operational properties are actual and having important practical value.
In article authors offered a hydroclone for purification of the fulfilled transmission oils of insoluble impurity which distinctive sign is existence of a ring insert. The ring insert allows to achieve increase of centrifugal force and extent of purification of the fulfilled transmission oils by increase in speed of the movement of a particle in wall area of a hydroclone. The interrelation of centrifugal force and extent of purification of the fulfilled transmission oils of the speed of the movement of a particle in wall area of a hydroclone is theoretically established. Optimum design and regime data of a hydroclone at purification of the fulfilled transmission oils allowing to receive extent of purification of oils of insoluble impurity to 92 % are specified. Use of the offered hydroclone in the technological line on regeneration of the fulfilled transmission oils will allow the enterprises to cut down expenses by 2-2,5 times for purchase of commodity lubricants and to provide itself with necessary amount of transmission oil of the demanded quality.
Keywords: the motor transportation enterprises, transmission units, hydroclone, ring insert, insoluble impurity, the fulfilled transmission oil, cleaning, regeneration, lubricants, centrifugal force.
80
