CC BY
0УДК 5
Утенкова Т.Г.
кандидат технических наук, Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II (г. Санкт-Петербург, Россия)
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭФФЕКТА ЭЛЕКТРООСМОСА
ДЛЯ СНИЖЕНИЯ НАЛИПАНИЯ САПРОПЕЛЯ НА МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ПОВЕРХНОСТИ РАБОЧИХ ОРГАНОВ МАШИНЫ ПО ОБЕЗВОЖИВАНИЮ САПРОПЕЛЯ
Аннотация: для повышения эффективности обезвоживания сапропеля необходимо установить после обезвоживающих барабанов узел промежуточной обработки сапропеля с целью ворошения слоя сапропеля на ленте. В работе представлены 2 варианта узла промежуточной обработки сапропеля, кратко описана их структура и обоснована необходимость создания эффекта электроосмоса в узле ворошения.
Ключевые слова: сапропель, электроосмос, ворошение, обезвоживание сапропеля, снижения налипания сапропеля.
Для увеличения производительности сокращения энергозатрат оборудования по обезвоживанию сапропеля необходимо предусмотреть в конструкции узел промежуточной обработки сапропеля.
С учетом анализа научно-технической литературы были спроектированы 2 варианта узла ворошения сапропеля (рис.1-5). Узел промежуточной обработки сапропеля предлагается располагать после обезвоживающего барабана. Основная деталь в узле - ножи-переворачиватели, за счет которых и предполагается ворошение. Однако при работе оборудования будет происходить налипание сапропеля к металлическим поверхностям в узле ворошения, поэтому было принято решение дополнительно установить валик-
контакт и подключить к его к положительному полюсу источника постоянного тока, а ножи-переворачиватели - к отрицательному.
Рисунок 1. Узел ворошения сапропеля - вариант 1 (вид сверху) 4 - обезвоживающий барабан, 15 - валик-контакт,
17 - поворотный токопроводящий кронштейн,
18 - держатели, 19 - ножи-переворачиватели.
Рисунок 2. Узел ворошения - вариант 1 (вид сбоку) 1 - гибкая лента с бортами, 15 - валик-контакт, 16 - рама, 17 - поворотный токопроводящий кронштейн, 18 - держатели, 19 - ножи-переворачиватели, 20 - слой сапропеля, 21 - прижимающее устройство, 22 - упругий элемент, 23 - демпфер.
Рисунок 3. Узел ворошения сапропеля - вариант 2 (вид сверху)
4 - обезвоживающий барабан, 6 - отжимной ролик, 17 - поворотный токопроводящий кронштейн, 18 - держатели, 19 - ножи-переворачиватели, 27 - плоскопараллельные пластины.
Рисунок 4. Узел ворошения - вариант 2 (вид сбоку) 1 - гибкая лента с бортами, 16 - рама, 18 - держатели, 19 - ножи-переворачиватели, 21 - прижимающее устройство, 22 - упругий элемент, 27 - плоскопараллельные пластины.
Электроосмос - это движение жидкости в капиллярно-пористых телах под внешним воздействием разности потенциалов. [1]. В этом процессе участвуют катод, анод и раствор. Обычно частицы грунта имеют положительный заряд, а молекулы воды - отрицательный. Таким образом, частицы грунта будут притягиваться к катоду, а молекулы воды - к аноду.
Эффект электроосмоса нашел применение для индуцирования движения различных микро- и наноструктур в различных средах [2-5], а также для устранения налипания влажного грунта, что описывается результатами исследований [7-10]. Известно, что при применении эффекта электроосмоса происходит осушение грунта вблизи катода, а у анода происходит образование тонкой водной пленки, предотвращающей налипание [11]. С учетом этого, вопросом применения эффекта электроосмоса для устранения налипания грунта на рабочее оборудования почвообрабатывающих машин многие исследователи задавались еще с начала XX века. Так, D.L. Larson и H.E. Clyma исследовали возможность применения данного эффекта для уменьшения тяговых усилий для разных видов почв. При использовании в качестве анода рабочего оборудования машины удалось уменьшить усилие на 39% при работе на суглинистых почвах, и на 11 % на глинистых почвах. При этом тяговое усилие обратно пропорционально увеличению напряжения для всех
Ш
Рисунок 5. Узел ворошения - вариант 2 (вид сверху)
18 - держатели, 19 - ножи-переворачиватели, 21 - прижимающее устройство, 22 - упругий элемент, 27 - плоскопараллельные пластины.
исследуемых видов почв [13]. В работе [12] исследован процесс налипания грунта к лыжному шасси самолета и изучен вопрос снижения налипания при применении электроосмоса. Обнаружено, что в результате применения эффекта электросмоса достигает максимальное снижение прилипания при скоростях до 1 м/с и при влажности в диапазоне от 18 до 35 % для суглинистых почв, при этом удельные затраты электроэнергии составили около 7 Вт/см2.
Наиболее полные результаты исследования в этой области были сделаны Лофицким и Рельтовым. В их исследованиях изучены принципиальные схемы расположения продольных плоскопараллельных электродов [13], оценена зависимость ширины смачивания полосы от ширины и напряжения на аноде при разных величинах зазора между электродами, а также влияние времени сброса грунта различной влажности на необходимые величины силы тока и напряжения на электродах. Сделано предположение, что добавление узла ворошения может увеличить эффективность обезвоживания, а также производительность машины.
Таким образом, можно заключить, что применение эффекта электроосмоса для машин по обезвоживанию сапропеля позволит как устранить налипание сырья, так и обеспечить необходимый градиент влажности с ориентацией более влажного слоя сапропеля в сторону контакта с обезвоживающими барабанами.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Патент РФ № 2002122920/12, 10.08.2004. Тарасов Ю. Д., Рыжих А. Б., Прялухин А. Ф. Комплекс для снижения влагосодержания сапропеля. (2002);
2. Патент РФ № 2007109582/12, 20.10.2008. Тарасов Ю. Д. Машина для снижения влагосодержания сапропеля. (2007);
3. Писаренко А.П., Поспелова К.А., Яковлев А.Г. Курс коллоидной химии М.: Высшая школа. (1969);
4. Amir Hossein Vakili, et. al. Treatment of highly dispersive clay by lignosulfonate addition and electroosmosis application. Applied Clay Science. 152. (2018);
5. R. Parnamae. S. et. al.. Bipolar membranes: A review on principles, latest developments, and applications. Journal of Membrane Science. 617. (2021);
6. Xiang He, et. al. Amelioration of imiquimod-induced psoriasis-like dermatitis in mice by DSW therapy inspired hydrogel. Bioactive Materials. (2021);
7. Mariia Dvoriashyna et. al. Osmotic and electroosmotic fluid transport across the retinal pigment epithelium: A mathematical model. Journal of Theoretical Biology. 456, (2018);
8. A.R. Estabragh, M. Naseh, A.A. Javadi. Improvement of clay soil by elecro-osmosis technique. Applied Clay Science 95. (2014);
9. Лофицкий В.Н., Рельтов Б.Ф. Борьба с налипанием грунта к кузовам автосамосвалов и ковшам экскаваторов. Л.: Изд. ВНИИ гидротехники. (1953);
10. Долгов С.И. Электросмазка почвообрабатывающих орудий // Химизация социалистического земледелия. (1932);
11. Жузе В.Р., Савичев В.С. Влияние электрического тока на изменение тягового усилия при пахоте. Тр. Саратовского ин-та мех. С. Х. им. М.И. Калинина Т.З. М.: Издательство Народного Комиссариата Земледелия СССР. (1937);
12. Широков Б.И. Влияние электроосмоса на физические свойства почвы и тяговое сопротивление плуга при пахоте. Повышение износостойкости лемехов: Сб. М.: Машгиз. (1956);
13. Байбаков А.З. Физическое взаимодействеи почвы с металлической поверхностью (трение, прилипание) при обработке почвы и пути возможного снижения. Сб. тр. Грозненской опытно-мелиорат. Ст. ЮЖНИИГиМ. (1962)
Utenkova T.G.
St. Petersburg Mining University of Empress Catherine II (St. Petersburg, Russia)
USE OF ELECTROOSMOSIS EFFECT TO REDUCE ADHESION OF SAPROPEL TO METAL SURFACES OF WORKING BODIES OF SAPROPEL DEHYDRATION MACHINE
Abstract: to increase the efficiency of sapropel dewatering, it is necessary to install an intermediate sapropel processing unit after the dewatering drums in order to stir the sapropel layer on the tape. The paper presents 2 variants of the sapropel intermediate processing unit, briefly describes their structure and substantiates the need to create an electroosmosis effect in the tilling unit.
Keywords: sapropel, electroosmosis, agitation, sapropel dehydration, reduction of sapropel adhesion.
