CC BY
42
С учетом энергетических и силовых параметров формула расчета эксплуатационной производительности бурорыхлительной машины Пэ примет вид
Пэ = 60 0,35 0,85 3,1459010-31510-3х
Ч-3ч.
Пэ =
3600kпр PphЬР
гр
F Z
Рр ^ф
(2)
где Pp — мощность, затрачиваемая на резание, Вт; Рр -касательная сила резания на режущей кромке, Н,
Р = Р + Р + Р" ,
р с.р с.р с.р’
(3)
где Рср — касательная сила сопротивления резанию на режущей кромке, Н; р р - добавочная сила сопротивления резанию, действующая на площадку износа, Н; Р' р — добавочная сила сопротивления резанию, действующая на площадку износа боковой грани, Н.
Зависимости (1) и (2) проверены с помощью исходных данных, которые были использованы в исследованиях [2, 3] при резании флотационного серного колчедана: ктр = 0,35; кпр = 0,85; Б = 590 мм; h = 15 мм; Ь = 20 мм; р = 2 т/м3; йф = 103 мин-1; Zр = 18; Zф = 2; Рр = 40 кВт; Рр = 500 Н. Фактическое значение эксплуатационной производительности для двух фрез, приводимых одним электродвигателем, при незначительном износе режущего инструмента находится в пределах 70...75 т/ч:
х20-10-3-2-103-18-2 = 73 т/ч;
„ 3600• 0,85-40 103 15 10-3 20 10-3 • 2 ,
Пэ =--------- -------------------------------= 73 т/ч.
э 500•2
Приведенный расчет эксплуатационной производительности на основании выведенных формул свидетельствует о соответствии фактическому значению эксплуатационной производительности буро-рыхлительной машины. Следовательно, полученные теоретические формулы расчета эксплуатационной производительности бурорыхлительной машины пригодны для практического применения.
Список литературы
1. Сюзев, В.П. Влияние режимов резания и геометрических параметров резца на эффективность восстановления сыпучести смерзшихся грузов / В.П. Сюзев, В.А. Ерми-чев, Г.Ф. Петрушкин // Вопросы комплексной механизации и автоматизации трудоемких сельскохозяйственных процессов. — Пермь, 1972. — С. 53-56.
2. Петрушкин, Г.Ф. Исследование процесса выгрузки смерзшихся материалов из открытых железнодорожных вагонов при восстановлении сыпучести резанием: дисс. ... канд. техн. наук / Г.Ф. Петрушкин. — М., 1970. — 208 с.
3. Петрушкин, Г.Ф. К расчету мощности привода фрез бурорыхлительной машины / Г.Ф. Петрушкин // Вопросы комплексной механизации и автоматизации трудоемких сельскохозяйственных процессов. — Пермь, 1972. — С. 16-22.
УДК 66.067.31
С.А. Зыков, канд. техн. наук, доцент
ФГОУ ВПО «Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина»
Э.И. Удлер, доктор техн. наук, профессор
П.В. Шевченко, преподаватель
Н.Н. Шевченко, канд. техн. наук, доцент
ГОУ ВПО «Томский государственный архитектурно-строительный университет»
интегральная оценка гидравлических свойств поверхностных фильтров-очистителей нефтепродуктов
Основу любого поверхностного фильтра, выполненного из гофрированных или складчатых фильтроматериалов, составляет фильтровальная штора с развитой поверхностью фильтрации. При этом большая поверхность достигается разнообразной укладкой пористого тонкослойного материала в виде гофр или складок. С точки зрения фильтрационной гидродинамики процесс течения вязких жидкостей в таких фильтрах идентичен независимо от их конструкций и сводится к необходимости анализа сложного течения жидкостей в каналах гофр (складок) с одновременной фильтрацией жидкости через пористый материал по закону Дар-
си. В работах [1-4] показано, что в фильтрах, применяемых для очистки нефтепродуктов, этот закон соблюдается.
Для интегральной оценки гидравлического сопротивления, или пропускной способности гофрированных фильтров, следует рассмотреть процесс сложного комбинированного течения в единичном канале (гофре), смежном с другими. В качестве идеализированной модели гофра рассмотрим смежные прямоугольные каналы, имеющие в общем случае разные дренажные зазоры Д1 и Д2 (рис. 1). Каналы связаны между собой пористыми смежными стенками, через которые происходит проникновение
23
жидкости из одного канала в другой. Торцевыми эффектами пренебрегаем, так как h >> Д1, h >> Л2.
Согласно принятой схеме течения вязкой жидкости в дренажных зазорах Д1 и Д2 с фильтрацией через пористую тонкостенную перегородку толщиной 5, общее гидравлическое сопротивление движению жидкости в каналах гофр шириной h складывается из сопротивления трению и сопротивления фильтрации через пористые стенки гофр. Оценка этих составляющих в их взаимосвязи позволяет составить систему уравнений, описывающих рассматриваемый процесс.
Движение вязкой жидкости в каналах гофр является двумерным и описывается системой уравнений в частных производных. В работе [1] показано, что для приближенной оценки гидравлического сопротивления в каналах гофроскладчатых фильтров, для которых h >> Д1, h >> Л2, можно ограничиться решением одномерного уравнения, которое для входного канала в координатах х — у имеет вид
1 dp1 ц dx
d 2и
(1)
где ц — динамическая вязкость жидкости, выражаемая через кинематическую вязкость и плотность, ц = ур; р1 — давление; и — скорость потока жидкости в канале.
1 dp1
Обозначив в уравнении (1) Р = 1, проинтегрируем и получим ^---Ах
du = п + ^ = Р 2 + п
— = ру + С1; и = — у + С1у + С2.
Ау 2
Используя граничные условия, находим постоянные С1 и С2:
п du у = 0: — = 0 ^ dy
Д
Сі = 0;
У =
р
= ^: и = 0 ^ С2 =---
2
Д2
Поэтому
и =1 Ру2 -1 р 22
Д2
Соответственно, среднеинтегральная по сечению дренажного канала продольная скорость потока
Д2
- !Ар л -1 7
иср =- , -
ср Д 2 Д2 0 2
2 Г д2 1
У -
4
_ V У _
dy,
Т. е. иСр = - р
Д2
12
Расход жидкости в канале с зазором Л и высотой Н
Ді
2
Я = иор— Н ,
или, с учетом обозначения Р, получаем уравнение, описывающее градиент давления в дренажном канале входного гофра:
£=- л*,
ах
л 24vp „
где Л = —:— — параметр, учитывающий геометрию
а3 н
канала и вязкость жидкости.
Учитывая идентичность процесса течения жидкости в выходном канале гофра, опуская вывод, получаем аналогичное выражение для градиента давления в этом канале Р2:
^=- л^,
ах
где Л =
2^р Д3Н'
Гидравлическое сопротивление фильтрации жидкости определяется законом Дарси, который при известной проницаемости пористого материала фильтра для нашего случая может быть записан в виде
Р1 - Р2) = ~~2А — выходной канал, (3)
' ' В Ах
где р1, р2 — давление в соответствующих каналах; КН
В =-----— параметр, учитывающий проницаемость по-
8vp
ристого материала К, определяемую опытным путем, и толщину материала 5. Разные знаки в уравнениях (2) и (3) означают, что в первом случае (2) изменение фильтрационного перепада давления происходит с убыванием расхода по ширине гофра, а во втором (3) — с нарастанием расхода.
1 dq1 В dx 1 dq2
— входной канал,
(2)
Таким образом, математическое описание процесса фильтрационного течения вязкой жидкости
в гофрированных или складчатых фильтрах можно представить в следующем виде:
Т-=- ля
ах
°г=- Л2 ^
ах
^ = - В( Р1 - Р2);
ах
^ = В(Р1 - Р2).
ах
(4)
(5)
(6) (7)
Решение системы уравнений (4).(7) позволит определить распределение расхода жидкости в каналах гофр д1 и д2, давление в каналахр1 ир2. Главной целью настоящего исследования является определение суммарного гидравлического сопротивления или пропускной способности гофрированного фильтра в зависимости от геометрии, проницаемости фильтрующей шторы и физических свойств фильтруемой жидкости.
Найдем приближенное решение задачи, для чего в первом приближении изменение потока фильтруемой жидкости в каналах гофр д1 и д2 аппроксимируем линейными зависимостями, отвечающими реальным граничным условиям:
Я1 = Я
ґ \ 1 - х к
Я2 = Я"
Соответственно:
0я1
Ох
Я;
к;
Оя2 я ах к ’
(8)
(9)
(10)
(11)
Я0
где я = — — удельный поток жидкости в каждом канале несимметричного гофра.
Решая уравнение (4) с учетом (8), находим сопротивление трению жидкости во входном канале:
Р1 = - Л1Я
X - -
2к
+ С1.
(12)
Из уравнения (6) с учетом (10) следует, что при
х = к
Я Я
р1 = р2+кВ = кВ ’
так как р2 = 0 — давление на выходе из фильтра.
ап qnh
Поэтому при х = h С1 = —— + Л -^.
1 2hB 1 4
Подставляя значение С1 в (12) при х = 0, получаем сопротивление течению жидкости во входном канале и фильтрации через пористую стенку, разделяющую каналы гофра:
Р1 =
Я0
+ Л
Я0к
2hB 1 4
Решая уравнение (5), находим сопротивление трению жидкости в выходном канале при х = 4: р2 = 0, поэтому
х2
Р2 = - Л2дХ- + С2, (13)
2h
С2 = Л240 4.
Подставляя значение С2 в (13) при х = 0, получаем сопротивление течению жидкости в выходном канале:
Р2 = Л240 4.
Общее гидравлическое сопротивление несимметричного пористого гофра
ДР = [р\ + Р2] -Р2(х=Ь) = (Р1 + Р2), так как Р2(Х=Ь) = 0, поэтому
40
Др =
+ ^ (Л1 + Л2) 2кВ 4 1 2
Выражая удельный поток в каналах гофр через общий расход жидкости в гофрированной перегородке (шторе) К, получаем
. К Др = — п
-------+— (Л1 + Л2)
2кВ 4 1 2
(14)
где п — число гофр шторы.
Формула (14) является базовой для оценки гидравлического сопротивления гофрированных фильтров любой конфигурации.
Рассмотрим применение общей формулы (14) к оценке гидравлического сопротивления наибо-
Рис. 2. Расчетная схема звездообразной фильтрующей шторы
2
х
лее распространенной и широко применяемой в настоящее время фильтрующей шторы «многолучевая звезда» (звездообразная) (рис. 2).
Для расчета гидравлического сопротивления фильтров с гофрированной звездообразной шторой формулу (14) следует применять в следующем виде:
Ap =
V vp
nH
8
K (D - d)
+ 3( D - d)
1 1
A;3 A
2
(15)
- 2 к) ( Б \
где Д2 = —--------- - 38; Д1 = Д21 — .
п V а )
В таблице приведено сравнение имеющихся экспериментальных гидравлических характеристик и ре-
зультатов расчета по формуле (15) шести образцов фильтроэлементов со звездообразной шторой. Видна удовлетворительная сходимость расчета и результатов стендовых испытаний фильтроэлементов (ФЭ).
На рис. 3 показаны теоретические расчетные зависимости Лр фильтроэлементов (см. таблицу) от количества гофр фильтрующих штор.
На графиках видно существование, известное из теории и практики, наличия оптимального количества гофр для каждого ФЭ, связанное с противоположным влиянием тесноты гофрирования фильтрующих штор на сопротивление трению и фильтрации жидкости в каналах гофр [1]. Поэтому формулы (14) и (15) можно использовать в дальнейшем для
Сравнительные результаты расчетов и испытаний серийных бумажных ФЭ со звездообразной шторой и расчета
Тип ФЭ Назначение v, Размеры, мм Характеристики материала Чис- ло Перепад давления, Ap, кПА Фильтровальная бумага
м3^с40-3 D H K, мЧ0-12 8, мм Р, 3 кг/ м3 V, м2/с^10-6 р, о г Рас- чет* Экспе- римент
600-1-04 Гидравлические системы 0,83 60 100 54 0,68 890 20 38 6,29 10 ДРКБ
412-1-06 Смазочные системы 0,208 71 156 15,5 0,90 900 16 38 6,98 10 БФМ-П
600-1-19 Гидравлические системы 1,05 60 100 1,55 0,38 890 20 71 62,43 70 БТ-10П
531А-1-07 Топливный 0,083 82 105 0,048 0,33 860 4 120 9,32 10 БФДТ
600-1-11 Гидравлические системы 0,042 60 100 0,139 0,46 890 20 64 31,32 40 БТ-3П
ЭФМ- ЕЭ-03 Смазочные системы 2,17 116 230 25,7 0,5 900 20 104 20,68 22 Hollingwopth& VoseCO.KG 1536VH188/51
Без учета гидравлического сопротивления корпуса фильтра при D/d = 2.
Ар, кПа 5О
4О
ЗО
2О
1О
О
/
v = О,831О- м3/с
/
1'"
Ар, кПа 25
Ар, кПа
2О
15
1О
5
О
15 2О 25 ЗО 35 4О 45
Ар, кПа
Ар, кПа
Ар, кПа
Рис. 3. Зависимость перепада давления от числа гофр фильтрующей шторы
26 --------------------------------------- Вестник ФГОУ ВПО МГАУ № 3'2009 -------------------------
*
оптимизации геометрических параметров ФЭ различных конструкций по гидравлическому сопротивлению или пропускной способности.
Список литературы
1. Удлер, Э.И. Фильтрующие топливно-масляные элементы из бумаги и картона / Э.И. Удлер, В.И. Зуев. — Томск: Изд-во Томского ун-та, 1983. — 140 с.
2. Удлер, Э.И. Фильтрация нефтепродуктов / Э.И. Удлер. — Томск: Изд-во Томского ун-та, 1987. — 217 с.
3. Бродский, Г.С. Фильтры и системы фильтрации для мобильных машин / Г.С. Бродский. — М.: Изд-во НПК «ГЕ-МОС Лтд», 2004. — 360 с.
4. Волков, А.В. Расчет пропускной способности дизельных фильтров / А.В. Волков, Б.В. Перельштейн // Дви-гателестроение. — 1982. — № 3. — С. 24-26.
УДК 621.18.004.55:661.63
Н.К. Мартынова, канд. техн. наук, доцент
ФГОУ ВПО «Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина»
фосфаты и их применение для промывки котлов
Один из методов решения задачи повышения эффективности тепловых источников заключается в уменьшении отрицательного влияния отложений, формирующихся на поверхности теплообмена.
Отложения на внутренних поверхностях нагрева котлов и теплообменников представляют собой серьезную угрозу: накипь, ухудшая теплопередачу через стенки, вызывает опасное повышение температуры металла и тем самым снижает эксплуатационную надежность котельного оборудования. Отложения создают большое термическое сопротивление тепловому потоку от газов к нагреваемой воде, так как теплопроводность их значительно меньше теплопроводности металла. При определенной толщине отложений это приводит к перегреву металла труб выше допустимых пределов. В связи с тем, что накипь менее теплопроводна, чем металл, и теплота к воде, находящейся в котле, передается плохо, газы выходят из котла с повышенной температурой. На наличие накипи указывает не только более высокая температура уходящих газов, но и более низкая температура выходящей из котла воды.
При достижении слоя накипи уже в 1 мм снижается производительность установки, уменьшается сечение для прохода воды, увеличиваются потери напора, нарушается циркуляция и увеличивается гидравлическое сопротивление [1, 2].
Отложения могут быть описаны физикомеханическими свойствами и химическим составом. Из физико-механических свойств отмечают цвет, твердость, пористость, силу сцепления с поверхностью металла, толщину, равномерность распределения по поверхности, место расположения в аппарате.
Основная теплотехническая характеристика отложений — теплопроводность. Теплопроводность
отложений является низкой величиной и изменяется в зависимости от структуры и пористости отложений примерно от 0,12 до 1,2 Вт/(мК).
Теплопроводность накипи зависит в первую очередь от ее структуры. Пористая накипь является худшим проводником тепла, чем плотная накипь, но легче удаляется при промывке. На пористость накипи оказывают влияние органические включения, которые позже выгорают, образуя пустоты, а также включения гипса, которые переходят в раствор при случайных понижениях температуры.
Аморфная накипь, богатая силикатами, имеет наименьшую плотность и, соответственно, весьма низкую теплопроводность X = 0,2 ккал/(мч°С). Еще более низкую теплопроводность имеет накипь,
содержащая масло, — X = 0,1__0,15 ккал/(м ч °С).
Теплопроводность гипсовой накипи составляет 2,6 ккал/(мч°С); накипи, состоящей из смеси карбоната и силиката кальция, — 3,0 ккал/(мч°С) и чисто карбонатной накипи — 6,3 ккал/(мч°С).
Снижение пористости отложений приводит к увеличению теплопроводности. Теплопроводные отложения менее опасны с точки зрения перегрева металла.
При водных и химических промывках структура накипи имеет большое значение — плотная, спекшаяся, рыхлая, прочная или плохо сцепленная с поверхностью металла. Для отмывки очень важен состав подслоя, непосредственно прилегающего к поверхности металла, так как легкость или трудность растворения этого подслоя определяет возможность разрыхления и удаления всего слоя отложений. Таким образом, структура отложений не в меньшей, а иногда даже в большей степени, чем химический состав, влияет на требуемые условия химической очистки в отношении необходимой температуры и концентрации раствора, скорости его циркуляции.
27
