Структурированные гравитационные очистители Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Фазовое состояние пористой структуры зависит от допустимого набора фазовых состояний исходного вещества, однако для анализа теоретических моделей выделим состояние двух основных элементов пористой среды прессовки: образуюгцую фазу - структуру, формирующую матрицу, пористой среды и образ)тощую её основную структуру (как правило, имеет твёрдое поликристаллическоё или аморфное состояние); заполняющую фазу - структуру, находящуюся в поровом пространстве и образующую (вместе с матрицей) единую гетерогенную систему (в момент транспортирования в поровое пространство находится в жидком или газообразном состоянии).

На начальной и завершающей стадиях прессования наблюдаются характерные различия выделенных структур: их непрерывность,, связность, регулярность, анизотропия, фазовое состояние (рис. 1). Использование физических и расчётных моделей предполагает учёт особенностей структур на выделенных этапах прессования.

Теории пластичности, предложенные для любой рассматриваемой модели полидискретных

кластерных тел с различным фазовым состоянием, должны обеспечивать возможность корректно описывать приведённые структурные модели.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Кокорин, В. Н. К стадийности прессования двухкомпонентных смесей с различным агрегатным состоянием / В. Н. Кокорин, М. В. Кокорин //ВестникУлГТУ.-2002.-№ 1.-С. 38-41.

2. Радомысельский, И. Д. Некоторые особенности уплотнения порошков на разных стадиях прессования / И. Д. Радомысельский, Н. И. Щербань // Порошковая металлургия. -1980. - №11.- С. 12 - 19.

Кокорин Валерий Николаевич, кандидат технических наук, заведующий кафедрог4 «Материаловедение и обработка металлов давлением» УлГТУ. Работает в области теории и технологии прессования многокомпонентных структур.

УДК 621.923.045 М. Е. КРАСНОВА

СТРУКТУРИРОВАННЫЕ ГРАВИТАЦИОННЫЕ ОЧИСТИТЕЛИ

Приведена классификация структурированных гравитационных очистителей. Разработан тонкослойный гравитационный очиститель, обеспечивающий высокую степень и тонкость очистки СОЖ

от магнитных и немагнитных примесей.

' г 1 '

Ключевые слова: очиститель гравитационный, СОЖ, очистка, примеси.

Гравитационные очистители, широко используемые в промышленности для очистки СОЖ от механических примесей, относят, как правило, к средствам предварительной (грубой) очистки жидкости от относительно крупных частиц [1]. Исследования и опытно-конструкторские разработки, выполненные в УлГТУ и ЗАО НЛП «Волга-ЭКОПРОМ», открывают возможности создания структурированных гравитационных очистителей (СГО) для очистки СОЖ от частиц механических примесей размером менее 5 мкм.

Как показано на рис. 1, возможны различные схемотехнические решения СГО (одна из первых разработок была представлена в статье [2]).

© М. Е. Краснова, 2006

Структуризация рабочего объёма очистителя позволяет ламиниризовать поток водной СОЖ, уменьшить высоту осаждения частиц примесей и, в итоге, повысить степень и тонкость очистки СОЖ.

В структурированных гравитационных тонкослойных очистителях осаждение частиц происходит в слое жидкости между осадительными пластинами. Производительность тонкослойного очистителя прямо пропорциональна числу слоев. Расстояние между пластинами определяется особенностями процесса регенерации и ограничено противоречивыми требованиями удобства и надежности регенерации, с одной стороны, и стремлением к увеличению производительности очистителя, с другой стороны.

По характеру структуры рабочего объема

Многоступенчатые

По циклу процесса

Непрерывные

Периодические

Тонкослойные

Тонкоканальные

По наклону осадитель-ных пластин

Горизонталь-

Наклонные

Вертикальные

По виду этапа очистки

однофазные трёхфазные

По расположению потоков среды и отделяемых продуктов

Попутное

Противопгочное

Поперечное

По способу удаления осадков

Самоочищающиеся

Принудительно очищающиеся

По положению пластины

Постоянное

Переменное

По виду принудительной регенерации

По виду пластин

Гидросмыв

Гладкие

Механическая

Профилированные

Рис. 1. Классификация сфуктурированных гравитационных очистителей

Возможен и другой приём структуршации рабочего объёма очистителя: в тонкоканальных очистителях осаждение посторонних частиц происходит в каналах, организованных с помощью трубок или насыпки на пластины гранул в ограниченном объёме. В первом случае каналы имеют прямолинейную форму, во втором случае - сложную извилистую форму.

Одно- и многоступенчатые СГО отличаются количеством последовательно расположенных пакетов пластин или блоков с насыпкой. Расстояния между пластинами в соседних пакетах различны, причём целесообразно уменьшать расстояние между пластинами в соседних пакетах по направлению потока жидкости. Размер гранул насыпки в соседних блоках уменьшается в таком же порядке.

Различают поперечное, противоточное и попутное расположение потоков очищаемой СОЖ и отделяемых примесей (рис. 2). Выбор варианта обусловлен физико-химическим составом и свойствами СОЖ и примесей (склонностью к слипаемости, еле-живаемости или взмучиванию), а также требованиями к циклу очистки и планировкой оборудования.

Самоочищающиеся структурированные гравитационные очистители с наклонными пластинами целесообразно использовать при повышенной сыпучести (текучести) осадков. Принудительное удаление осадков обеспечивает возможность удаления и осадков повышенной слипае-мости, загрязнённых нефтепродуктами.

Непрерывный цикл очистки предпочтительнее для обеспечения стабильности качества очищенной СОЖ, но он реализуется лишь в самоочищающихся СГО. В то же время при принудительном удалении осадков неизбежны периодические циклы с чередованием этапов очистки и удаления осадка. Циклы работы СГО подразделяются на однофазные и трехфазные (рис. 3), у последних этап очистки состоит из трёх фаз: заполнение ёмкости с осадительными пластинами; седиментация; сброс СОЖ из ёмкости. Затем этап очистки может повторяться несколько раз, пока не наступит этап регенерации. У СГО с однофазным циклом работы этап очистки состоит из одной фазы, после которой наступает этап регенерации. Преимущество трёхфазных СГО заключается в том, что скорость протекания жидкости через очисти-

а о в

Рис. 2. Взаиморасположение потоков очищаемой среды и отделяемых продуктов: а) поперечное; б) противоточное; в) попутное. I, II, III, IV - соответственно вход загрязнённой СОЖ, выход очищенной СОЖ,

всплывающий отход, осадок; 1 - пластины

тель при седиментации равна нулю, в силу чего достижимо особенно высокое качество очистки.

Горизонтальное расположение пластин привлекательно с точки зрения компактности очистителя по высоте, однако наклоняемые осадитель-ные пластины обеспечивают лучшие условия для удаления осадка. Компромиссное решение обеспечивает переменный угол осадительных пластин: при очистке пластины занимают горизонтальное положение, а при регенерации - наклонное.

Для удаления осадка можно использовать гидросмыв, который относительно просто реа-

лизуется, но его можно рекомендовать не для всех видов осадков. Механическое удаление скребками или щётками сложнее, но эффективнее при осадках с повышенной склонностью к слипаемости (консолидации).

При небольших размерах осадительных пластин для упрощения процедуры удаления осадка предпочтительна гладкая форма пластин. При больших размерах (в плане) целесообразно использовать более жёсткие профилированные пластины.

в

Рис. 3. Циклограмма процесса очистки: а) непрерывный; б) периодический с одной фазой этапа очистки; в) периодический с тремя фазами этапа очистки. I, II - этапы очистки и регенерации соответственно; А, Б, В - фаза заполнения ёмкости, седиментации и сброса СОЖ из ёмкости соответственно; 10.- время этапов очистки.

регенерации и всего цикла соответственно

Структурированные гравитационные очистители предназначены для удаления из СОЖ механических частиц независимо от их природы (из любого материала), а также жидкостных примесей (инородных масел).

Характер структуры рабочего объёма СГО в различных ступенях может изменяться. Это позволяет равномерно распределить нагрузку по осадку, а также повысить качество очистки и максимально увеличить длительность цикла. Качество очистки при прочих равных условиях определяется последней ступенью, на которой расстояние между пластинами должно быть минимальным.

• Классификация структурированных гравитационных очистителей (см. рис. 1) приведена для описания существующих установок, прогнозирования появления новых конструкций в зависимости от конкретных условий и свойств очищаемой СОЖ, механических примесей и инородных жидкостных включений.

В настоящее время в ЗАО КПП «Волга-ЭКОПРОМ» разработан СГО, который, согласно вышеописанной классификации, относится к тонкослойным гравитационным очистителям с взаимно перпендикулярными направлениями потоков очищаемой среды и отделяемых продуктов и переменным углом наклона пластин: в рабочем положении пластины занимают горизонтальное положение, а в процессе регенерации - наклонное. По циклу процесса он относится к механизмам периодического действия и

включает два этапа - очистки и регенерации, причём этап очистки состоит из одной фазы. Накопленный осадок удаляется гидросмывом. Сами пластины изготавливаются из металлопла-стиковых профилированных листов.

Новый тонкослойный СГО (рис. 4) содержит установленный в ёмкости 1 с очищаемой жидкостью пакет 2 из горизонтально ориентированных элементов 3 (осадительных пластин из профилированного листа), приводную платформу 4 с возможностью вертикального перемещения для удаления накопленного осадка с пластин гидросмывом, двух кронштейнов 5, к осям 6 и 7 которых крепится пакет осадительных пластин 3. Пакет пластин в плане имеет форму прямоугольника. Послойное разделение пластин осуществляется за счёт разделительных шайб 8, высота которых определяет расстояние между пластинами и находится в пределах от 2 до 20 мм. Очиститель спроектирован таким образом, что угол наклона всего пакета может изменяться. Пакет пластин, поднимаясь с помощью привода платформы 4, упирается в ролик 9 и наклоняется. Привод в верхнем положении отключается с помощью датчика положения (индукционного). Проскок предотвращается с помощью жёстких упоров. Когда пакет пластин находится в верхнем положении (на этапе регенерации), прикреплённый к стыку нижней рамы приводной платформы складной лоток 10 откидывается под действием пружины, сбоку к очистителю крепится сливной лоток 11, в который удаляется

А-А А-А

Рис. 4. Схема структурированного тонкослойного гравитационного очистителя с принудительным удалением осадка гидросмывом: а) этап очистки; б) этап регенерации. I, И, III - соответственно вход загрязнённой СОЖ.

выход очищенной СОЖ. подвод промывочного раствора; Ъ\< 1-2

вода со смываемым осадком. Для обеспечения ламинарности движения жидкости, поступающей на очистку, предусмотрены распределительные решётки. В нижней части ёмкости 1 расположен конвейер 12 для удаления осадка, падающего на дно. Во избежание разбрызгивания и попадания осадка в ёмкость установлены защитные экраны 13.

СГО (см. рис. 4) работает следующим образом. Очищаемая СОЖ через коллекторы (на рис. 4 не показаны) поступает в ёмкость 1 через распределительные решётки с небольшой скоростью движения (10 ... 20 мм/с) для обеспечения эффективного процесса седиментации. Частицы шлама оседают на горизонтальные пластины 3, по окончанию рабочего цикла (длительность которого достигает 1000 ч и более) накапливается слой осадка толщиной 0,1 ... 0,3 расстояния между пластинами в пакете. Платформа 4 вместе с пакетом пластин поднимается и упирается в ролик 9; происходит поворот всего плаката вокруг осей 6 и 7, пластины принимают наклонное положение, лоток 10 откидывается, смываемый с пластин 3 шлам попадает в сливной лоток 11 и далее в бак для грязной жидкости. После очистки платформа движется вниз, пакет пластин поворачивается вокруг осей 6 и 7 за счёт силы тя-

жести, пластины принимают горизонтальное, а лоток 11 - вертикальное положение. Далее описанный цикл повторяется.

Для увеличения производительности и качества очистки СОЖ рекомендуется использовать параллельное или последовательное расположение необходимого количества пакетов. Если необходимо увеличить производительность, то используют параллельное расположение таких пакетов, для улучшения качества очистки - последовательное.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Смазочно-охлаждающие технологические средства и их применение при обработке резанием : справочник / под общ. ред. Л. В. Худобина. - М. : Машиностроение, 2006. - 544 с.

2.Булыжёв, Е. М. Тонкослойный гравитационный очиститель / Е. М. Булыжёв, М. Е. Краснова, Н. Н. Наумова // Вестник УлГТУ. - 2006. -№3.-С. 34-35.

Краснова Марина Евгеньевна, аспирант кафедры «Технология машиностроения».

УДК 621.923.045 Н. н. НАУМОВА

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОЧИСТКИ СОЖ ОТ ЧАСТИЦ РАЗМЕРОМ МЕНЕЕ 5 МКМ В КАССЕТНОМ ПАТРОННОМ МАГНИТНОМ СЕПАРАТОРЕ

Обоснована целесообразность применения многорядных кассетных патронных магнитных сепараторов для очистки СОЖ от частиц размером, менее 5 мкм. Представлен расчёт степени очистки СОЖ в таких сепараторах с учётом магнитной коагуляции шлама. Исследовано влияние концентрации механических примесей в СОЖ\ скорости её движения в рабочем зазоре и расстояния между патронами в рядах на эффективность сепарации.

Ключевые слова: кассетный патронный магнитный сепаратор, очистка СОЖ.

Многочисленными исследованиями и производственным опытом доказано, что на эффективность технологических операций механической обработки (в особенности, абразивной) существенное влияние оказывает чистота СОЖ, и, прежде всего, содержание в ней механических

© Н. Н. Наумова, 2006

примесей, так как загрязнение СОЖ отходами обработки значительно снижает качество обработанных деталей.

ГОСТ Р 50558 устанавливает нормы чистоты водных СОЖ, применяемых на операциях круглого наружного и плоского шлифования периферией круга. Допустимая концентрация механических примесей размером 5 мкм и менее в