Исследование цикличности работы многоступенчатого тонкослойного гравитационного очистителя Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Выводы:

Разработанная модель позволяет прогнозировать изменения ЗПП заготовки по переходам в зависимости от выбранной схемы формообразования и производить уточнённый расчёт углов подгибки для выравнивания продольной деформации подгибаемых полок по переходам. Эту модель можно также использовать на стадии разработки технологий для предотвращения переформовки заготовки (при соблюдении условия:

Ц ^ Ьм,

где Ьм - межклетьевое расстояние профилировочного станка).

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Филимонов, С. В. Метод, расчёты и технология интенсивного деформирования в роликах гнутых профилей типовой номенклатуры / С. В. Филимонов, В. И. Филимонов. - Ульяновск : УлГТУ, 2004. - 246 с.

2. Пластическое формоизменение металлов / Г. Я. Гунн, П. И. Полухин, В. П. Полухин, Б. А. Прудковский. - М.: Металлургия, 1968. - 416 с.

3. Марковцев, В. А. Формообразование стеснённым изгибом в роликах и правка гнутых тон-

УДК 621.923.045

М. Е. КРАСНОВА, Е. П. ТЕРЕШЕНОК

костенных профилей / В. А. Марковцев, В. И. Филимонов. - Ульяновск : УлГТУ, 2006. - 244 с.

Мищенко Ольга Владимировна, старшин преподаватель кафедры «Материаловедение и ОМД» УлГТУ. Область научных интересов составляют вопросы технологии производства гнутых профилей сложных конфигураций. Имеет 16 публикаций.

Филимонов Сергей Вячеславович, кандидат технических наук, генеральный директор ООО НПО «Интенсивное Деформирование Металлов». Имеет более 30 научных работ и патентов в области профилирования методом интенсивного деформирования.

Баранов Александр Сергеевич, аспирант кафедры «Материаловедение и ОМД» УлГТУ. Занимается вопросами технологии производства гнутых профилей сложных конфигураций, имеет 5 публикаций.

ИССЛЕДОВАНИЕ ЦИКЛИЧНОСТИ РАБОТЫ МНОГОСТУПЕНЧАТОГО ТОНКОСЛОЙНОГО ГРАВИТАЦИОННОГО ОЧИСТИТЕЛЯ

Приведена математическая модель длительности непрерывной очистки СОЖ в многоступенчатом ТГО до регенерации осадительных пластин. Представлены результаты численных исследований длительности непрерывной очистки до регенератный для различных ступеней многоступенчатого ТГО в зависимости от исходных условий.

Ключевые слова: длительность непрерывной очистки, регенерация, механические примеси, СОЖ, степень очистки, тонкослойный гравитационный очиститель.

Как известно, осадок, накапливающийся в отстойнике при очистке СОЖ от механических примесей, необходимо периодически удалять (регенерировать отстойник) [1, 2]. В связи с тем, что габа-

• •

риты отстойников, как правило, велики, их очистку осуществляют достаточно редко (не чаще одного раза в неделю). Проблема регенерации отстойников усложняется при снижении их высоты (рекомендуемая высота отстойников дпя индивидуальной системы очистки порядка 0,25 м), так как

© Краснова M. Е., Терешенок Е. П., 2010

регенерацию в этом случае приходится производить чаще. В тонкослойных гравитационных очистителях (ТГО) высота осаждения частиц механических примесей уменьшена до 5 ... 10 мм. В связи с этим появляется несколько вопросов: каково время непрерывной работы ТГО до регенерации осадительных пластин? Как скажется на времени непрерывной работы ТГО его многоступенчатость? Как организовать операцию регенерации ТГО?

В качестве критерия завершения периода непрерывной очистки СОЖ в ТГО приняли высоту слоя осадка на начальном участке осадительной

пластины, равную половине рабочего зазора И (расстояние между осадительными пластинами) (рис. 1), поскольку по мере увеличения расстояния от этого начального участка высота слоя осадка на поверхности пластины уменьшается.

0,5 к

0

Рис. 1. Циклограмма очистки СОЖ в ТГО: к - расстояние между осадительными пластинами; /„ - время этапа непрерывной очистки СОЖ; /р - время этапа регенерации осадительных пластин; /ц- время цикла

Длительность непрерывной очистки СОЖ в ТГО /н до регенерации осадительных пластин (см. рис. 1) определяли из условия

к]

= V,

(1)

где [кос] - допустимая высота осадка на осади-тельной пластине, формирующегося на её начальном участке длиной АЬ;

|\] = 0,5Л; (2)

V/, - скорость нарастания слоя осадка, м/с;

V - ос

В-М

(3)

где уос - объём осадка, формирующегося за 1 с, м3/с; В - ширина зазора, м; АЬ = 0,0011 - расчётная длина, м;

где рос - плотность осадка, ~ 2200 кг/м3 [1]; М^- масса осадка, формирующегося за 1 с, кг/с:

М0с— Сн ¡^СЛ"8д£,

где еД/,- степень очистки при АЬ - 0,00 IX; (2сп-производительность очистки, м3/с:

ШгШк

Степень очистки 8д/. (для начального участка осадительной пластины длиной А/,) рассчитывали по формуле [3]

ел/, =

/г • К • 18з • Сд

где С„ - концентрация механических примесей

Л

в исходной СОЖ, мг/дм ; Сл - граничная концентрация механических примесей при аддитив-

ном осаждении частиц, мг/дм3; с! - средний размер частицы механических примесей, мкм; %

V - скорость движения СОЖ в очистителе, м/с; з - коэффициент динамической вязкости, Па-с;

рт, рж —плотность частицы механических примесей и СОЖ, кг/м3.

Подставив зависимости (2) и (3) в (1), получим:

К =

0,5 • АЬ ■ с

ОС

г

V

Л/, • £ • Дс т • с'н • с1 /? • К • 18з-С{

Л-'

.(6)

У

В качестве объекта исследований был выбран четырёхступенчатый ТГО. Технологическую ситуацию конкретизировали путём задания определённых значений всем параметрам, входящим в состав математической модели; определили длительность непрерывной очистки СОЖ в ТГО до его регенерации; на основе анализа результатов численных экспериментов сделали выводы о допустимой длительности непрерывной очистки СОЖ в ТГО до очередной регенерации осадительных пластин в зависимости от номера ступени и условий проведения процесса осаждения; разработали рекомендации по технологии регенерации ступеней очистки ТГО.

При исследованиях варьировали двумя исходными параметрами (интервалы варьирования определяли, руководствуясь технологическими рекомендациями, представленными в статье [3]): скоростью потока СОЖ в рабочем зазоре V (У= 0,01...0,1 м/с), концентрацией механических примесей в исходной СОЖ Си (Си = 50...500 мг/дм ). Кроме того, с целью выявления влияния конструктивных параметров ТГО на величину /„ в случае варьирования скоростью потока СОЖ рассматривали 3 варианта исполнения очистителей с различными длинами осадительных пла-. стин ¿. При варьировании концентрацией механических примесей рассматривали 3 варианта исполнения очистителей с различными величинами рабочих зазоров к.

Анализ результатов расчётов, представленных на рис. 2, привёл к следующим выводам:

1) Длительность непрерывной работы ТГО между двумя последовательными циклами их регенерации определяется «номером» ступени: например, для первой ступени /и достигает 200 ч, для второй - до 2000 ч, для третьей - до 25 000 ч, а для четвёртой ступени - до 75 000 ч. Ясно, что такая большая разница значений /м приводит к необходимости обоснования величины /н для всего ТГО и конструирования многоступенчатых ТГО таким образом, чтобы сблизить величины /н для различных ступеней, поскольку нецелесообразно размещать за каждой

ступенью ТГО устройство регенерации осади-тельных пластин, или проводить регенерацию пакетов пластин по минимальному /„.

2) Величина /м зависит от скорости V протекания СОЖ через ТГО, причём она изменяется по-разному в зависимости от номера ступени. Длительность непрерывной очистки ТГО до регенерации с увеличением V уменьшается, что объясняется следующим: с увеличением V через ТГО проходят в единицу времени всё большие объёмы очищаемой СОЖ, в результате чего масса загрязняющих механических примесей возрастает. При уменьшении длины осадитель-ных пластин второй, третьей и четвёртой ступеней очистки ТГО время /ш соответственно уменьшается. Такой характер зависимости /н (У) объясняется влиянием двух конкурирующих механизмов осаждения - аддитивного (независимое осаждение частиц) и синергетического (осаждение с коагуляцией вследствие взаимодействия частиц между собой).

Концентрация механических примесей в исходной СОЖ оказывает двойственное влияние на интенсивность нарастания слоя осадка на

осадительной пластине. С одной стороны, чем больше С„, тем больше при s = const механических примесей выпадает в осадок. С другой стороны, при увеличении Си усиливается роль коагуляции, интенсифицируется процесс осаждения, быстрее нарастает слой осадка, что иллюстрирует рис. 3. С уменьшением зазора над слоем осадка скорость движения СОЖ возрастает, и на анализируемом участке ДL осаждение прекращается. Но зато интенсифицируется выпадение в осадок механических примесей на последующем участке по длине осадительной пластины, поэтому при С„ = 200 ... 500 мг/дм3 величина tH практически не изменяется.

Сложнее выглядят зависимости /,,(СИ) для второй ступени ТГО (см. рис. 3): при С„ = 50...100 мг/дм' /„ уменьшается, поскольку оставшаяся после очистки СОЖ в первой ступени часть механических примесей с увеличением Си продолжает нарастать. Дальнейшее увеличение Си в СОЖ перед первой ступенью, как было показано выше, приводит к росту s и снижению концентрации механических примесей в СОЖ, очищенной в первой ступени ТГО.

200

А

tn

120

80

40

0 о с ZJ

тыс.ч

А

tn

15

10

1 1

3 ступень

/ 1 У

Л

.3

0 0,02 0,04 0,06 м/с 0,1

V —

тыс.ч

А

4,

1,2 0,8 0,4

0 Т Г

/з

1 1 2 ступень

1 /

.2

-3

тыс.ч

А

(и

45

30

15

0

1 1 4 ступень

1 % 1 /

/3

0,02 0,04 0,06 м/с 0,1 V —

Рис. 2. Зависимости времени непрерывной очистки СОЖ до регенерации четырёхступенчатого ТГО от скорости потока жидкости V: / -1, = 0,2 м; Ь2 = 0,5 м; ¿3 = 0,75 м; ¿4 = 1 м; 2 - = 0,15 м; Ы = 0,325 м; ¿з = 0,525 м; Ьл = 0,75 м; 3 - = 0,1 м; Ь2 = 0,25 м; £3 = 0,35 м; Ц = 0,5 м; Си = 100 мг/дм3;

Т= 20 °С; ц = 0,0015 Па-с; рт = 4000 кг/м3

200

А

Л.

120

80

40

0 15

1 1 1 ступень

2,3

•

тыс.ч

А

9

6

1 1 3 ступень

X

—^

2,5

тыс.ч

А

Л.

1,5 1

0,5

0 50

тыс.ч

А

30

20

10

О 100 200 300 мг/дм3 500 0 100 200 300 мг/дм'500

Си ^ Си ^

Рис. 3. Зависимости времени непрерывной очистки СОЖ до регенерации четырёхступенчатого ТГО от исходной концентрации механических примесей С„: 1 - И{ = 0,06 м; А2 = 0,03 м; А3 = 0,012 м; А4 = 0,009 м; 2 - А1 = 0,04 м; А2 = 0,027 м; А 3 = 0,008 м; А4 = 0,006 м; 5 - А, = 0,03 м; А 2 = 0,015 м; А 3 = 0,006 м;

А 4 = 0,004 м; 0,01 м/с; Г= 20 °С; л = 0,0015 Па-с; рт = 4000 кг/м3

3

Поэтому при очистке СОЖ во второй ступени ТГО 8 снижается, а /„ возрастает. Поскольку функциональная значимость второй ступени во времени изменяется, то изменяется и процесс осаждения механических примесей на третьей ступени и её функциональная значимость. Так как при Си = 50 ... 100 мг/дм3 в возрастает, а С0 снижается, на третьей ступени 8 снижалась, поэтому /„ возрастало (см. рис. 3). В дальнейшем,

Л

при С„> 100 мг/дм с увеличением Си на входе в первую ступень очистки и увеличением доли остаточных механических примесей в СОЖ после второй ступени степень очистки третьей ступени возрастает, а продолжительность непрерывной очистки СОЖ снижается. Аналогичная картина со смещением по оси абсцисс в сглаженном виде наблюдается для четвёртой ступени (см. рис. 3). Характер наблюдаемых зависимостей /М(СИ) коррелирует с картиной перераспределения функциональной значимости ступеней при увеличении С„ в случае очистки СОЖ в многоступенчатых ТГО [3]. Перераспределение функциональной значимости между ступенями очистки при изменении Си свидетельствует о способности многоступенчатых ТГО адаптироваться к изменению исходных условий.

Таким образом, анализ эмпирических данных привёл к следующим выводам:

- в связи со сложным характером зависимостей /„от исходных условий при очистке СОЖ в многоступенчатых ТГО для разработки технического задания на проектирование такого очистителя необходимо проведение численных исследований по изложенной выше методике для конкретной технологической ситуации;

4 - с увеличением номера ступени очистки СОЖ в ТГО /н увеличивается, что сказывается на организации процесса регенерации осадительных пластин различных ступеней очистки: первую ступень целесообразнее делать саморазгружающейся, т. е. применять пакеты с большим углом наклона осадительных пластин к горизонту (60° и более); оса-дительные пластины второй и последующих ступеней целесообразно регенерировать в соответствии с лимитирующей величиной /м второй ступени; в целях предотвращения возможного развития анаэробной микрофлоры рекомендуется периодическое насыщение СОЖ, циркулирующей в системе очистки, воздухом.

Адекватность полученных результатов численных исследований длительности непрерывной очистки СОЖ в многоступенчатых ТГО подтверждена при проведении натурных экспериментальных исследований.

ступень

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИМ СПИСОК

1. Технический справочник по обработке воды: в 2 т. Пер. с франц. - СПб. : Новый журнал,

2007. - 1800 с.

2. Булыжёв, Е. М. Ресурсосберегающее применение СОЖ при металлообработке / Е. М. Булыжёв, Л. В. Худобин. - М. : Машиностроение, 2004. -352 с.

3. Булыжёв, Е. М. Влияние конструктивно-тех нологических параметров, свойств СОЖ и механических примесей на эффективность тон-

кослойного гравитационного очистителя / Е. М. Булыжёв, М. Е. Краснова, Е. П. Терешенок // Справочник. Инженерный журнал. - 2008. -№10. Приложение.-С. 6-10.

Краснова Марина Евгеньевна, инженер-исследователь ЗАО «Системы водоочистки». Терешенок Евгений Петрович, аспирант кафедры «Технология машиностроения» УлГТУ.

г

ч

ч