CC BY
3SJIF 2024 = 7.404 / ASI Factor = 1.7
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ФИЛЬТРАЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА
Работа посвящена исследованию эффективности фильтрационных бумаж-ных материалов для очистки воздуха от кварцевой пыли. Исследована эффек-тивность гидрофобных бумажных материалов в зависимости от следующих факторов, влияющих на показатели очистки воздуха. К ним относятся удельная поверхность пыли, скорость фильтрации воздуха, условная пористость фильтрационного материала, концентрация кварцевой пыли и влажность воз-духа. Исследование процесса очистки воздуха от пыли проводили с примене-нием методов планирования эксперимента на безмоторной установке. В резуль-тате статической обработки экспериментальных данных получены математи-чески модели функций отклика, то есть удельная пылеемкость и коэффициент пропуска пыли различных фильтрационных материалов. Определены значимые и незначимые факторы влияющие на процесс очистки воздуха от кварцевой пыли.
Ключевые слова: бумажный фильтрационный материал; установка для проведения испытания; показатели очисти воздуха, удельная пылеемкость фильтрационного материала, коэффициент пропуска пыли, удельная поверхность пыли, скорость фильтрации, пористость, концентрация пыли, влажность воздуха.
The work is devoted to studying the effectiveness offiltration paper materials for purifying air from quartz dust. The effectiveness of hydrophobic paper materials was studied depending on the following factors affecting air purification performance. These include the specific surface area of the dust, the air filtration rate, the relative porosity of the filtration material, the concentration of quartz dust and air humidity. The study of the process of air purification from dust was carried out using experimental planning methods on a non-motorized installation. As a result of static processing of experimental data, mathematical models of response functions were obtained, that is, specific dust holding capacity and dust transmission coefficient of
Ибрахимов Каримжон Исмаилович
доцент, кафедры «Автомобиль и автомобильное хозяйство», ТГТрУ, к.т.н.
АННОТАЦИЯ
ABSTRACT
о
feR
SJIF 2024 = 7.404 / ASI Factor = 1.7
various filtration materials. Significant and insignificant factors influencing the process of air purification from quartz dust have been identified.
Key words: paper filtration material; test setup; air purification indicators, specific dust holding capacity of the filtration material, dust transmission coefficient, specific surface area of dust, filtration speed, porosity, dust concentration, air humidity.
ВВЕДЕНИЕ
На основа предварительного анализа были выявлены факторы, влияющие на показатели очистки воздуха от кварцевой пыли пористыми перегородками. К ним относятся удельная поверхность пыли S, скорость фильтрации V, условная пористость материала р, концентрация пыли <р и влажность воздуха /' [1,2,3,4]. Такое число факторов связано с необходимостью проведения большого количества трудоемких опытов. Поэтому исследования процесса очистки воздуха от пыли проводили с применением методов планирования эксперимента на безмоторной установке (рис 1).
Воздух просасывался через испытываемый фильтрационный материал 3, абсолютный фильтрационный материал 4, расходомер 6, трубопроводы установки 5, водокольцевым насосом 9, который приводится в действие электродвигателем 13. Необходимая концентрация пыли создавалась дозатором пыли 1 и распылителем 2. Скорость поступления аэрозоля к фильтрационному материалу устанавливалась вентилями 7 и 8. Расход водяных паров регулировался за счет изменения положения подвижки электрического реостата R. Фактический расход воды определялся по разности массы сосуда 12 до и после опыта. Электронагреватель обеспечивает максимальную влажность воздуха, достигающую 100% при температуре 298°К. Фильтрационные материалы испытывались до сопротивления 6,0 кПа. В качество абсолютного фильтра применялся фильтрационный материал типа ФПП-Д, изготовленный из ультратонких волокон. Привес абсолютного фильтра определялся на аналитических весах с точностью 0,1 мг. [5,8,9,10]
Удельная пылеемкость определялась по формуле:
где Gi-масса пыли, удержанной на поверхности фильтрационного материала,
кг;
F - эффективная площадь фильтрации, м2.
Oriental Renaissance: Innovative, educational, natural and social sciences
SJIF 2024 = 7.404 / ASI Factor = 1.7
Рис. 1. Схема установки для испытания фильтрационных материалов.
1-дозатор пыли; 2-распылитель пыли; 3-испытуемый фильтрационный материал; 4-абсолютный фильтр;
5-трубопровод; 6-расходомер воздуха; 7,8-вентили для точной и грубой регулировки воздуха;
9-водокольцевой насос; 10-водяной пьезометр; 11-ртутный пьезометр; 12-сосуд с водой; 13-электрический реостат;
14-микроманометр; 15-элеткронагреватель.
Коэффициент пропуска фильтрационного материала определялся по формуле:
где д1 - привес абсолютного фильтра, г;
02 - количество поданной пыли, г. Скорость поступления аэрозоля фильтрационному материалу определялась из зависимости:
Р
где Роб - объемный расход аэрозоли.
Условная пористость фильтрационных материалов определялась по методике ГОСТ 21956.
Влажность воздуха, поступающего на фильтрационных материал, изменялась за счет смешивания водяных паров с аэрозолем. Необходимый расход воды определялся из выражения
R
О
SJIF 2024 = 7.404 / ASI Factor = 1.7
М=(ф~ 0!)* (}об* Т где ф ~ необходимая абсолютная влажность воздуха, г/м3; ¡/■■4 - абсолютная влажность воздуха в помещение, г/м3; Qоб - объемный расход воздуха через фильтрационный материал, м3/ч; т - продолжительность опыта, ч.
РЕЗУЛЬТАТЫ:
Для проведения эксперимента составлена матрице планирования 25-1 , что является полурепликой от полного факторного эксперимента типа 25. Для определения дисперсия, характеризующей воспроизводимость опытов, и адекватности моделей поставлены параллельные опыты. Чтобы исключить влияние систематических ошибок, вызванных внешними условиями, порядок проведения опытов рандомизирован с помощью таблицы случайных чисел.
В ходе проведения экспериментов значение каждого фактора регулировалось на двух уровнях, т.е. на нижнем и верхнем уровнях. На нулевом уровне какого либо фактора эксперименты не проводились, так как математические модели пылеемкости (д) и коэффициента пропуска пыли (£) рассматривались как полиномы первого порядка (уравненной регрессий первого порядка от факторов Х1, Х2, Х3, Х4, Х5)
Для упрощения сравнения коэффициентов регрессии значения факторов представлены в кодированном виде. При проведении эксперимента факторы изменялись на двух уровнях (табл. 1). [11,12,13,14]
Таблица 1.
Натуральные значения и интервалы варьирования факторов
Уровни факторов и Факторы
интервалы S, V, р> <Р> Ч>,
варьирования м2/г м/с Па г/м3 г/м3
Кодовое обозначение Х1 Х2 Х3 Х4 Х5
Нулевой уровень 0,8050 0,050 1300 1,0 15,5
Нижный уровень 0,560 0,028 1050 0,8 10,01
Верхный уровень 1,050 0,072 1550 1,2 25,15
Интервал варьирования 0,245 0,022 250 0,2 7,57
Условия проведения эксперимента при различных опытах приведены в табл.2. Знаки « - » и « + » в матрице планирования соответствуют нижнему (-1) и верхнему (+1) уровням каждого из факторов.
R
О
SJIF 2024 = 7.404 / ASI Factor = 1.7
Учитывая одинаковое число параллельных опытов на каждой строке матрицы планирования, однородность дисперсий проверялась по критерию Кохрена при 5-процентном уровне значимости.
На основании полученных результатов экспериментов методом наименьших квадратов были найдены коэффициенты уравнений регрессии (д, £): д = 1,259 - 0,322 Х1 - 0,148 Х2 - 0,135 Х3 - 0,030 Х4 - 0,003 Х5. £ = 0,361 + 0,063 Х1+ 0,007 Х2 - 0,178 Х3- 0,001 Х4 + 0,006 Х5.
Из уравнения видно, что удельная поверхность пыли Х1, скорость фильтрации Х2, условная пористость Х3, запыленность воздуха Х4 и влажность воздуха Х5 отрицательно влияют на значение пылеемкости фильтрационного материала (д). По значениям коэффициентов полученного уравнения можно сделать предварительное заключение, что наиболее существенное влияние на пылеемкость (д) оказывают факторы Х1, Х2, Х3, не существенное влияние оказывают факторы Х4, Х5. Также можно сделать предварительное заключение о том, что коэффициент пропуска пыли фильтрационного материала увеличивается от повышения значения удельной поверхности пыли Х1, скорости фильтрации Х2, уменьшается от повышения значений условной пористости Х3, запыленности воздуха Х4.
Для проверки адекватностей линейных моделей был применен Б - критерий Фишера с доверительной вероятностью 0,95. Оценка значимости коэффициентов регрессии производилась с помощью 1 - критерия Стьюдента, табл 3
Таблица 2
Матрица планирования эксперимента и средние значения функций
отклика (д, 8)
Номе р опыта Кодовое обозначение факторов Средние значения функции отклика Порядок проведения опытов
Х1 Х2 Хз Х4 Х5 g £
1 - - - + - 1,798 0,443 16,32
2 + - - - - 1,155 0,645 8,10
3 - + - - - 1,533 0,460 18,30
4 + + - + - 1,012 0,656 20,23
5 - - + - - 1,575 0,114 2,7
6 + - + + - 1,033 0,193 26,31
7 - + + + - 1,226 0,111 19,21
Oriental Renaissance: Innovative, educational, natural and social sciences
SJIF 2024 = 7.404 / ASI Factor = 1.7
8 + + + - - 0,764 0,217 1,4
9 - - - - + 1,722 0,449 9,13
10 + - - + + 1,201 0,650 3,5
11 - + - + + 1,588 0,479 1,29
12 + + - - + 0,966 0,677 25,28
13 - - + + + 1,613 0,141 14,17
14 + - + - + 0,974 0,196 12,22
15 - + + - + 1,180 0,136 6,24
16 + + + + + 0,802 0,212 15,27
Данные табл.3 свидетельствуют о том, что по указанным функциям отклика экспериментальные величины F - критерий Фишера не превышают табличных значений, следовательно, гипотезы об адекватности моделей принимаются.
После проверки значимости коэффициентов регрессий уравнения пылеемкости (д) и коэффициента пропуска пыли (£) могут быть представлен в следующем виде:
д = 1,259 - 0,322 Х1 - 0,148 Х2 - 0,135 Х3.
£ = 0,361 + 0,063 Х1+ 0,178 Х3.
Анализ результатов позволяет утверждать, что в исследуемой области факторного пространство наибольшее влияние на удельную пылеемкость оказывает удельная поверхность пыли, скорость фильтрации и условная пористость.
Таблица 3
Результаты расчета для проверки адекватности и значимости
коэффициентов регрессия
Функция отклика Дисперсия Значение крите-рия Фишера Уровень значимости коэффициентов, bi
Воспроизводимости Sy Адекватности S ад F расч. F табл.
g 0,01771 0,004615 0,2606 2,8333 0,0705
8 0,801519 0,0012764 0,8403 2,8333 0,0210
ВЫВОДЫ:
На коэффициент пропуск пыли - наибольшее влияние оказывает удель-ная поверхность пыли и условная пористость фильтрационного материала.
Oriental Renaissance: Innovative, educational, natural and social sciences
SJIF 2024 = 7.404 / ASI Factor = 1.7
В результате экспериментально-теоретических исследований очистки воздуха от пыли пористыми перегородками при наличии влаги установлено, что влажность воздуха практически не влияет на показатели эффективности работы пористых перегородок. По-видимому, это явление объясняется высокими гидрофобными свойствами фильтрационных материалов для очистки воздуха. С помощью полученных уравнений можно рассчитывать показателей эффективности работы пористых перегородок при очистки воздуха от кварцевой пыли.
Для определения достоверности полученных результатов были проведе-ны контрольные испытания. Наблюдалась хорошая сходимость результатов эксперимента с данными, полученным расчетным путем; не было обнаружено совпадения результатов вне области эксперимента.
ЛИТЕРАТУРА (REFERENCES)
1. Ибрахимов К.И., Туракулов Б.Х., Исматов А.А. Определение пористости и условной пористости фильтрационных материалов пневмосистемы автомобилей цементовозов. Международная научно-практическая конференция, Андижанский машиностроительный институт, 2018 г.
2. Ибрахимов К.И., Туракулов Б.Х. Исследование дисперсного состава пыли в условиях эксплуатации автомобилей цементовозов. Международная научно-практическая конференция, Андижанский машиностроительный институт, 2018 г.
3. Ибрахимов К.И., Туракулов Б.Х. «Development of recommendations on effective operation of air filters of buses Mercedes-Benz in the conditions of Tashkent». Сборник материалов 104-ой международной научно-технической конференции. Туринский политехнический университет в г.Ташкенте 19-20 сентября 2018 года.
4. Ибрахимов К.И., Туракулов Б.Х. Разработка рекомендаций по эффективной эксплуатации воздушных фильтров автобусов Мерседес-Бенц в условиях г.Ташкента. Вестник ТАДИ №1, 2018 г.
5. Ибрахимов К.И. Повышение эксплуатационной надежности пневматической системы автомобилей-цементовозов: Дисс. на степ. канд. техн. наук. МАДИ - 1982-216 с.
6. Ибрахимов К.И., Туракулов Б.Х., Рахматуллаев Н.Н. Дизель двигателли автобусларнинг юкори босимли насоси ва форсункаларини техник холатини синов стендида тадкик этиш. Сборник трудов межвузовской научно-практической конференции одаренной молодежи. ТАДИ, 2016 й.
SJIF 2024 = 7.404 / ASI Factor = 1.7
7. Ибрахимов К.И., Туракулов Б.Х., Рахматуллаев Н.Н. Эффективность восстановленных воздушных фильтрующих элементов. Сборник материалов III Международной научно-практическая конференции . Андижанский машиностроительный институт, 2016 г.
8. Оценка фильтров. Рыбаков К.В., Рузаев И.Г., Ибрахимов К.И., Карпекина Т.П. - Техника в сельском хозяйства, с.32-36
9. Крамаренко Г.В., Ибрахимов К.И., Карпекина Т.П. Исследование качества очистки воздуха и повышение надежности пневматической системы автомобилей-цементовозов ЭИ: Конструкции автомобилей, - М.: НИИН автопром, 1981, вып.5, с.23-32.
10. Маев В.Е., Пономарев Н.Н. Воздухоочистители автомобильных и тракторных двигателей.-М. Машиностроение, 1971.-175 с.
11. Дьяков Р.А., Воздухоочистка в дизелях.-Л: Машиностроение, 1975.-151 с.
12. Лахтин Ю.Б. Исследование воздухоочистителей с фильтр-патронами в целях повышения долговечности ДВС: - Дисс. на степен. к.т.н. МАДИ.-1974.-168 с.
13. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий.-М.: Наука, 1976-279 с.
14. Митков А.Л., Кардашевский С.В. Статистические методы в сельхозмашиностроение.- М.: Машиностроение, 1978.-360 с.
