CC BY
87
УДК 628.54 Немаров Александр Алексеевич,
доцент кафедры информатики Института кибернетики, Иркутский национальный исследовательский
технический университет, тел. 8-9643-58-38-84, e-mail: nemarov@mail.ru
Лебедев Николай Валентинович,
ведущий инженер отдела лазерной физики ФТИ, Иркутский национальный исследовательский технический университет,
тел. 8-3952-723-989, e-mail: leniv@istu.edu Карлина Юлия Игоревна,
магистрант института авиамашиностроения и транспорта, Иркутский национальный исследовательский
технический университет, тел. 8-914-879-85-05, e-mail: asup@irzirk.ru
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПНЕВМОГИДРАВЛИЧЕСКИХ АЭРАТОРОВ
A. A. Nemarov, N. V. Lebedev, Y. I. Karlina
THEORETICAL AND EXPERIMENTAL RESEARCH OF PARAMETERS
OF PNEUMATIC AERATORS
Аннотация. По результатам лабораторных флотационных экспериментов и предыдущих ранних исследований показано влияние дисперсного состава исходных пузырьков, выходящих из аэратора, на процесс перемешивания пульпы, устойчивость пены и её высоту. Выявлено влияние дисперсного состава пузырьков на образование и разрушение флотокомплексов. Показано, что оптимальный дисперсный состав пузырьков должен быть монодисперсным. Показано, что исходные пузырьки, выходящие из аэратора, должны быть нано- или микроразмерные. Показано влияние элементарного цикла флотации (всплытия или погружения флотокомплекса) на процесс перемешивания пульпы. Показано, что при повторении элементарного цикла флотации образуются неподъемные аэрофлокулы (образованные за счет перемешивания пульпы) минеральных частиц и пузырьков, которые снижают селективность флотации и извлечение ценного компонента в пенный продукт. Определен оптимальный дисперсный состав исходных пузырьков, выходящих из аэратора, как нано- и микроразмерных пузырьков одной крупности. Показано, что лучший вариант аэратора - это пневмогидравлический аэратор (или акустический пневмогидравлический аэратор). Акустический пневмогидравлический аэратор дает более монодисперсную систему пузырьков.
Ключевые слова: нанопузырьки, микропузырьки, аэрофлокулы, наночастицы, микрочастицы, алмазы, пневмогидравлический аэратор, акустический пневмогидравлический аэратор, пенная флотация, пенная сепарация, элементарный цикл флотации.
Abstract. According to the results of laboratory flotation experiments and previous studies the impact early particulate composition of initial bubbles coming out of the aerator on the process of mixing the slurry, foam stability and its height. The effect of bubbles dispersed composition on formation and destruction of flotation complex is shown. It is shown that the optimal particulate bubbles composition should be monodisperse. It shown that the starting bubbles emerging from the aerator must be micro- or nano-sized. The influence of the elementary flotation cycle (ascent or immersion of flotation complex) on the process of mixing the pulp is shown. It is shown that the repetition of the elementary flotation cycle formed unmenageable aerofloccules (formed by mixing pulp) of mineral particles and bubbles that reduce the selectivity of the flotation and the extraction of valuable components in the foam product. The optimum composition of the particulate source of bubbles coming out of the aerator as nano- and micro-sized bubbles of the same size is defined. It is shown that the best option of the aerator is a pneumohydraulic aerator (or acoustic pneumohydraulic aerator). Acoustic pneumohydraulic aerator system gives monodisperse bubbles.
Keywords: nanobubbles, microbubbles, airfloccule, nanoparticles, microparticles, diamonds, pneumohydraulic aerator, acoustic pneumohydraulic aerator, froth flotation, foam separation, flotation elementary cycle.
Введение
До сих пор у большинства специалистов по флотации существует мнение, что аэрация должна проводиться мелкими (активирующими минеральную поверхность флотируемой частицы) и крупными транспортными пузырьками [1, 2]. Но это неправильный подход, так как:
1) крупные транспортные пузырьки в большинстве случаев просто всплывают в объеме пульпы, не образовав какой-либо флотокомплекс с минеральной частицей, а в некоторых случаях разрушают флотокомплекс в силу своей большой скорости всплытия (кинетической энергии);
2) при наличии в пульпе полидисперсной системы пузырьков флотационная пена менее устойчивая [3, 4, 5], обводненная и имеет меньшую высоту;
3) при флотации мелких наноразмерных и микроразмерных частиц крупными пузырьками выносятся все частицы (гидрофильные и гидрофобные) - разделения частиц на два требуемых компонента не происходит [6-8];
4) лишнее перемешивание пульпы при полидисперсной системе исходных пузырьков повышает энергозатраты на процесс флотации [9-11].
В данной работе рассмотрены эксперименты, показывающие, как должна проводиться аэрация при флотации (пенной сепарации).
Элементарный цикл флотации
Рассмотрим следующую последовательность элементарных физико-химических актов процесса флотации: минерализация пузырьков воздуха (газа), т. е. процесс первичного взаимодействия и закрепления минеральной частицы на
поверхности раздела фаз газ - жидкость, образование плавучего флотокомплекса, гравитационное разделение флотокомплекса и минеральных частиц пустой породы, выход флотокомплекса в пенный продукт или его разрушение и приобретение отрицательной плавучести. Затем данный процесс повторится несколько раз до того момента, когда флотокомплекс выйдет в пенный продукт или выпадет в хвосты.
Всплытие или погружение флотокомплекса назовем элементарным циклом флотации (ЭЦФ). Очевидно, что в современных флотомашинах в процессе флотации происходит многократное повторение данной последовательности ЭЦФ. Удельная производительность флотомашины в единицу времени существенно зависит от количества повторов ЭЦФ. Энергетические затраты также, очевидно, значительно возрастают от числа повторов ЭЦФ, так как каждый пузырек, поднявший минеральную частицу и затем оторвавшийся от неё, совершает определенную работу. При повторах ЭЦФ работа пузырьков будет равна работе, совершенной за один ЭЦФ, умноженной на количество этих повторов. На формирование лишних ненагруженных минеральными частицами крупных пузырьков требуются дополнительные затраты энергии. В то же время следует отметить, что в данном процессе при определенных гидродинамических условиях наиболее гидрофобные частицы в конечном итоге переходят сливной порог, а частично гидрофобные и гидрофильные выпадают в осадок.
В современных флотационных аппаратах ЭЦФ происходит многократно, и это, разумеется, не способствует оптимальному протеканию процесса разделения минеральных частиц с целью выделения необходимого ценного компонента. Чем же объясняется многократное повторение ЭЦФ? Протекание и повторение ЭЦФ определяются следующими основными факторами:
• широким диапазоном дисперсного состава исходных флотационных пузырьков, выходящих из аэратора;
• широким диапазоном крупности флотируемых минеральных частиц;
• соотношением диаметров частиц и пузырьков;
• многообразными гидродинамическими условиями движения пульпы, т. е. конструкцией флотационного аппарата;
• реагентным режимом флотации.
Таким образом, исходя из вышеизложенного, вначале рассмотрим влияние дисперсного со-
става флотационных пузырьков на процесс флотации.
По поводу оптимального дисперсного состава пузырьков воздуха (газа) при флотации существует большое количество мнений, в которых нет четкого определения, в каких точках флотационного аппарата должен быть тот или иной дисперсный состав воздушной (газовой) фазы. Например, в верхних слоях пенного слоя дисперсный состав пузырьков всегда имеет широкий диапазон диаметров. Должны ли пузырьки, выходящие из аэратора, иметь такую же функцию распределения по диаметрам? Если нет, то какая это функция? Чем функция распределения пузырьков по диаметрам, выходящих из аэратора, отличается от функции распределения пузырьков по диаметрам в пенном слое? Рассмотрим влияние дисперсного состава исходных пузырьков на число повторов ЭЦФ.
Большинство исследователей процесса флотации пишут, что первоначально на гидрофобных участках поверхности минеральных частиц образуются небольшие пузырьки, которые в дальнейшем коалесцируют с более крупными транспортными пузырьками, с помощью которых и происходит выход флотируемых частиц в пенный продукт (концентрат). Но такое разделение пузырьков по «ролям» не соответствует истинному процессу флотации. Транспортные (имеющие объем, достаточный для подъема минеральной частицы в пену) пузырьки сами по себе всплывают с гораздо большей скоростью, чем с закрепленными на них частицами. Поэтому они при взаимодействии с минеральными частицами имеют наименьшую вероятность закрепления на них. В большинстве случаев при столкновении (скорость взаимодействия весьма высока) такого крупного пузырька с гидрофобной частицей от нее отрывается мелкий зародышевый пузырек. Следовательно, создание в пульпе двух таких типоразмеров пузырьков не имеет смысла. В то же время в пульпе такие транспортные пузырьки образуются.
Это происходит следующим образом. Мелкие закрепившиеся (образовавшиеся за счет растворенного газа в пульпе) в начальный момент на минеральной поверхности пузырьки коалесциру-ют с такими же мелкими и более мелкими (или увеличиваются в объме за счет растворенного газа в пульпе) пузырьками и увеличиваются в объеме. В конечном итоге образуется достаточно объемный пузырек, который способен всплыть вместе с частицей на поверхность пульпы. То есть транспортный пузырек, как правило, не отделяется от минеральной частицы, он образуется за счет ко-алесценции более мелких на гидрофобной поверх-
ности флотируемых частиц и за счет растворенного в пульпе газа. Такой механизм образования флотокомплеса происходит при достаточной гид-рофобности поверхности минеральной частицы. При меньшей гидрофобности частицы, имеющие участки поверхности гидрофобные и гидрофильные, флотируются группой мелких пузырьков, скоалесцировавших с гидрофобными участками поверхности частиц и образующих аэрофлокулы пузырьков и минеральных частиц.
Образованный флотокомплекс с положительной плавучестью должен быть разделен с пустой породой. Но практически во всех флотома-шинах элементарный цикл флотации (ЭЦФ) повторяется несколько раз, так как флотокомплекс разрушается и минеральная частица начинает осаждаться в объеме пульпы. Особенно разрушительно действует на флотокомплекс чрезмерное перемешивание за счет значительной дисперсности состава первичных пузырьков, выходящих из аэратора. Даже в объеме пены происходит значительное повторение ЭЦФ. В источниках [12-14] С.Б. Полонский приводит рисунок (рис. 1), характеризующий концентрацию минеральных частиц в пенном слое.
0-ЭОС5О □-»«.I»
Рис. 1. Распределение твердых частиц по пенному слою
Автор пишет: «...образовавшиеся флотоком-плексы с момента выхода в верхние слои пенного слоя до разгрузочного порога проходят путь по сложной криволинейной траектории, имеющей участки, на которых происходит разрушение вновь образованных комплексов пузырек-частица. На участках, где происходит разрушение и образование фотокомплексов, траектория движения твердых частиц имеет перегибы. Количество таких перегибов находится в прямой зависимости от расстояния, проходимого флотокомплексами от момента выхода на поверхность до разгрузочного порога, и времени пребывания флокул в пенном
слое. Установлено, что не все минеральные частицы после разрушения флотокомплексов на поверхности пены вновь закрепляются на воздушных пузырьках. Часть из них, представленная в основном частицами, образующими слабые связи с пузырьками (это, как правило, наиболее крупные частицы и минеральные сростки), выпадает из пенного слоя в виде отдельных агрегатов. Для сокращения потерь минеральных частиц целесообразно уменьшать длину пенного слоя за счет расстояния, проходимого флотокомплексами от момента выхода в верхние слои пены до разгрузочного порога».
Но сокращение расстояния до разгрузочного порога существенно увеличивает выход мелких гидрофильных минеральных частиц, которые за счет высокой несущей способности пены и пленочной флотации легко выносятся через разгрузочный порог, что в конечном итоге существенно снижает качество получаемого концентрата.
Аналогичные многократно повторяющиеся элементарные циклы флотации (разрушение - образование флотокомплекса - разрушение) наблюдаются через прозрачную стенку лабораторного пенного сепаратора ниже пенного слоя. При различных дисперсных составах пузырьков частота повторения ЭЦФ различная: при полидисперсном составе пузырьков флотокомплексы быстрее образуются, но и быстрее разрушаются; при создании монодисперсной системы мелких пузырьков фло-токомплексы образуются за больший промежуток времени, но и разрушаются значительно дольше.
Исходя из этого, желательно осуществлять флотацию таких частиц за один ЭЦФ, при котором достаточно быстро образуется плавучий флото-комплекс частица - пузырек. То есть пульпа должна быть предельно насыщена растворенным газом, а пузырьки газа, исходящие из аэратора, должны быть достаточно мелкими и близкими по крупности. А конечные флотокомплексы, выходящие через сливной порог флотомашины, должны иметь необходимый объем достаточно крупных пузырьков, образованных в результате ко-алесценции с мелкими и за счет растворенного в пульпе газа. При разрушении этих пузырьков на поверхности пены должен быть переход, близкий к пленочной флотации.
Таким образом, флотация должна осуществляться за один ЭЦФ (рис. 2).
Из приведенной на рисунке схемы видно, что флотация при многократных ЭЦФ неэффективна по следующим моментам:
• время нахождения в пульпе (пене) значительно больше, что снижает скорость флотации;
• вероятность разрушения флотокомплекса и гидрофилизации минеральных частиц значительно выше, что снижает извлечение и т. п.;
• путь до сливного порога больше - выше энергозатраты.
порогу в пульпе (пене) при множестве ЭЦФ (пунктир) и
при одном ЭЦФ (сплошная линия): 1 - сливной порог; 2 - пена (пульпа); 3 - область загрузки
Лабораторные флотационные
эксперименты
Флотация алмазов в минеральной воде
Проводилась флотация алмазов крупностью от 0,5 до 1 мм в газированной иркутской минеральной воде (минерализация 1,2-3 г/л; гидрокарбонаты 225-350 мг/л; сульфаты 600-1100 мг/л; хлориды 200-460 мг/л; катионы, мг/л: кальций 200-320, магний 50-150, натрий + калий 100-350). Два грамма алмазов (рис. 3) равномерно распределялись по дну стакана, и затем заливалась минеральная вода при комнатной температуре.
Рис. 3. Начальный процесс флотации алмазов в иркутской минеральной воде
В течение 15-20 минут происходило бурное образование мелких флотокомплексов, которые с большой скоростью всплывали на поверхность, разрушались, и алмазы выпадали на дно стакана, и вновь образовывались флотокомплексы, которые всплывали к поверхности и снова разрушались (рис. 3). Все алмазы образовывали с растворенным газом плавучие флотокомплексы. Данный процесс продолжался около 1 часа с заметным замедлени-
ем процесса всплытия, разрушения, выпадения на дно и повторением ЭЦФ несколько раз. Замена минеральной воды на более свежую несколько улучшала данный процесс, но через 3-4 часа было видно, что большая часть алмазов гидрофилизиро-валась и процесс замедлился.
Через некоторый промежуток времени (2030 минут) наблюдался процесс, в котором часть флотокомплексов не доходили до верхней поверхности залитой минеральной воды и не доходили до дна стакана. Происходил некоторый колебательный процесс: всплытия и погружения флото-комплекса в объеме стакана. Часть флотокомплек-сов практически неподвижно зависала в объеме стакана.
Небольшое колебательное движение флото-комплекса в объеме воды, скорее всего, объясняется тем, что наноразмерные пузырьки сначала увеличивают плавучесть, затем отрываются от флотокомплекса и понижают его плавучесть.
Часть флотокомплексов, всплывших к поверхности, удерживались на ней за счет пленочной флотации неограниченный промежуток времени.
Следующий эксперимент проводился с такой же навеской алмазов при прочих равных условиях при небольшом перемешивании минеральной воды с образовавшимися флотокомплексами.
В результате перемешивания образовалось множество крупных аэрофлокул, большинство которых перестало всплывать со дна стакана, а часть зависали в объеме стакана или всплывали и тонули, не достигая поверхности воды и дна стакана (рис. 4-7).
Рис. 4. Большая неподъёмная аэрофлокула
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
Рис. 5. Аэрофлокулы в объеме стакана и на дне стакана
II
III
Рис. 6. Аэрофлокулы, зависшие в объеме и не достигающие поверхности воды
Рис. 7. Движение аэрофлокулы в объеме воды ф - арофлокула; Ь - пузырек, закрепившийся на стенке стакана): I - аэрофлокула в первоначальный зафиксированный момент времени;
II - аэрофлокула во второй момент времени;
III - аэрофлокула в третий момент времени
Аналогичные результаты были получены для частиц графита в газированной углекислым газом воде.
Снижение извлечения из-за образования аэрофлокул при пенной сепарации
Проводился эксперимент со стеклянными шариками (диаметр от 1 до 1,2 мм), гидрофобизи-рованными диметилхлорсиланом и триметилхлор-силаном ((CHз)2SiQH, (CHз)зSiQ). Навески от 100 грамм до 250 грамм подавались на пену лабораторного пенного сепаратора. В результате перед сливным порогом образовывались визуально наблюдаемые аэрофлокулы пузырьков воздуха и шариков размером от 0,5 до 15 см. При пенном слое более 2 см данные аэрофлокулы не преодолевали «барьер», созданный пеной перед сливным
I
I
Машиностроение и машиноведение
порогом, и не переходили через сливнои порог. Некоторые аэрофлокулы зависали в объеме лабораторного пенного сепаратора, находились значительно ниже пенного слоя и, несмотря на достаточную аэрацию с помощью пневмогидравличе-ского аэратора, не поднимались вверх и не опускались вниз (рис. 8). При снижении толщины пенного слоя до 1 см часть небольших аэрофлокул преодолевали сливнои порог. При снижении размера исходных пузырьков, выходящих из ПГА, происходило меньшее образование аэрофлокул и они имели меньшии размер, что также способствовало их переходу через сливнои порог. При перемешивании пульпы вероятность образования больших аэрофлокул существенно возрастает. Исходя из этого, следует сказать, что флотокомплек-сы при флотации (пеннои сепарации) должны двигаться к сливному порогу ламинарно без излишнего перемешивания за один ЭЦФ (за одно всплытие или погружение). Таким образом, практически в любои флотомашине перед сливным порогом, где скапливаются гидрофобные частицы, образуются застоИные зоны, в которых образуются аэрофлокулы. Часть аэрофлокул, имеющих большую плотность по сравнению с плотностью пены, не преодолевают сливной порог. Особо следует отметить, что во флотомашинах, в которых происходит значительное перемешивание пульпы, аэрофлоку-лы образуются задолго до сливного порога, что существенно снижает извлечение ценного компонента. Часть аэрофлокул прилипает к стенкам флотомашины, что также существенно снижает извлечение ценного компонента. Минеральные частицы аэрофлокул, зависшие в объеме флото-машины, в конечном итоге гидрофилизируются и выпадают в камерный продукт.
Рис. 8. Схема расположения аэрофлокул в пенном сепараторе: 1 - сливной порог;
2 - пневмогидравлический аэратор;
3 - область загрузки; 4 - аэрофлокулы
Выводы
1. Пенный слой при флотации наноразмер-ных частиц должен быть как можно больше. В толстом слое обводненной пены гидрофильные частицы смываются в камерный продукт по межпузырьковым каналам.
2. Для крупнозернистой пенной сепарации пенный слой должен быть наименьшей высоты, чтобы образовавшиеся аэрофлокулы могли преодолеть «барьер» сливного порога флотомашины.
3. Исходные флотационные пузырьки воздуха, выходящие из аэратора, должны быть нано- и микрокрупности.
4. Исходные пузырьки, выходящие из аэратора, должны быть близки к монодисперсному распределению, так как при таком распределении по крупности происходит наименьшее перемешивание пульпы и меньшее образование неподъемных аэрофлокул.
5. Используемые реагенты (пенообразователи, собиратели) должны быть более растворимые в воде, чем традиционные. Или водная эмульсия реагентов должна содержать частицы реагентов как можно меньшего размера.
6. В качестве аэратора следует использовать пневмогидравлический аэратор (акустический пневмогидравлический аэратор), дающий монодисперсную систему пузырьков [15-17].
7. Геометрия флотомашины должна позволять сепарацию пузырьков по крупности.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Назимко Е.И., Серафимова Л.И. Проблемы и состояние современных исследований процесса угольной флотации // Разработка рудных месторождений. 2010. Вып. 93.
2. Классен В.Л. Вопросы теории аэрации и флотации. М. : Госхимиздат, 1949. 156 с.
3. Савицкая Н.М., Ребиндер П.А. Исследование устойчивости монодисперсной пены // Коллоидный журнал. 1951. Т. 111, Вып. 3. С. 201-207.
4. Направления оптимизации, процесса аэрации пульпы при флотациит / А.А. Немаров и др. Иркутск, 1987. 12 с. Деп. в ЦНИЭИцветмет 16.12.87, № 166067.
5. Немаров А.А. Интенсификация процесса крупнозернистой флотации на основе совершенствования и оптимизации аэрации флотационной пульпы : дис. ... канд. техн. наук. Иркутск, 1988. 151 с.
6. Теория и практика процессов флотационного обогащения наноразмерных сред / В.В. Кондратьев и др. Иркутск : Издательство ИрГТУ. 2015. 160 с.
7. Шахрай С.Г., Кондратьев В.В., Белянин А.В. Энерго- и ресурсосбережение в производстве алюминия. Иркутск : Издательство ИрГТУ. 2014. 146 с.
8. Ржечицкий Э.П., Кондратьев В.В. Экологическая и экономическая эффективность переработки растворов газоочистки и фторуглеродсодержащих отходов производства алюминия // Экология и промышленность России. 2011. № 8. С. 28-31.
9. Новые технологические решения по переработке отходов кремниевого и алюминиевого производств /
Кондратьев В.В. и др. // Металлург. 2013. №5. С. 9295.
10. Карлина А.И. Изучение структуры внутренних течений и волнового движения водного и взвесенесу-щего потока // Вестник ИрГТУ. 2015. № 4. С. 137145.
11. Карлина А.И. Анализ современных и перспективных способов воздействия на природные и сточные воды // Вестник ИрГТУ. 2015. № 5. С. 146-150.
12. Подготовка и очистка природных и сточных вод / К.Л. Ястребов и др. Иркутск : Изд-во ИрГТУ. 2014. 564 с.
13. Перспективы применения нанотехнологий и нано-материалов в горно-металлургической промышленности /В.В. Кондратьев и др. // Вестник ИрГТУ. 2010. № 1. С. 168-174.
14. Полонский С.Б. Исследование динамики движения минеральных частиц в пенном слое в условиях пенной сепарации // Обогащение руд. Иркутск : Изд-во ИПИ. 1982. С. 86-90.
15. Теория и практика прикладной гидроаэромеханики в обогащении полезных ископаемых и металлургии / К.Л. Ястребов и др. Иркутск : Издательство ИрГТУ. 2015. 350с.
16. Развитие и совершенствование математической модели динамики капель и газовых пузырьков в жидкости / В.В. Кондратьев и др. // Наука, техника, инновации : сб. ст. II Междунар. науч.-техн. конф. Брянск, 2015. С. 269-274.
17. Patent US No. 5,234,111 Taraban. / Mikhail N. Zlobin, Viktor M. Metsik, Alexandr A. Nemarov, Georgy P. Permyakov, Nikolai T. Medetsky ; 08.10.1993.
УДК 621.443 - 519.6 Дорохов Александр Фёдорович,
д. т. н., профессор, профессор кафедры «Судостроение и энергетические комплексы морской техники», Астраханский государственный технический университет, тел. 8906187-40-83, e-mail: dorokhovaf@rambler.ru
Проватар Алексей Геннадиевич, начальник центра практики и содействия трудоустройству Каспийского института морского и речного транспорта - филиала ФБОУ ВПО «ВГУВТ», Астрахань,
тел. 8-908-618-03-79, e-mail:provatar@mail.ru Матвеев Юрий Иванович,
д. т. н., профессор, заведующий кафедрой «СЭУ» ФБОУ ВПО «ВГУВТ», Нижний Новгород,
тел. (831) 419-78-58, e-mail: vgavt@vgavt-nn.ru
УМЕНЬШЕНИЕ ПОТЕРЬ МОЩНОСТИ НА ПРЕОДОЛЕНИЕ СИЛ ТРЕНИЯ В ЦИЛИНДРОПОРШНЕВОЙ ГРУППЕ СУДОВЫХ ДВС РЕГУЛЯРИЗАЦИЕЙ МИКРОРЕЛЬЕФА СОПРЯГАЕМЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
A. F. Dorokhov, A G. Provatar, Yu. I. Matveev
REDUCTION OF LOSSES OF POWER ON OVERCOMING FRICTION FORCES IN CYLINDER-PISTON GROUP OF SHIP INTERNAL COMBUSTION ENGINE BY REGULARIZATION OF MICRORELIEF OF THE INTERFACED SURFACES
Аннотация. Известная основная причина сравнительно низкой конкурентоспособности отечественного двигателестрое-ния - устаревшая технологическая база на всех этапах производственного процесса, начиная от получения заготовок и заканчивая испытаниями готовой машины. Это не позволяет обеспечить требуемую точность размеров, формы, взаимного расположения поверхностей и качества поверхностного слоя деталей, что приводит к увеличению потерь мощности на преодоление сил трения в сопряжениях, на которых и базируется кинематика двигателей. Регуляризация микрорельефов направлена на создание специального текстурного рельефа (регулярного микрорельефа) на сопрягаемых поверхностях деталей, который наделяет поверхность тронка поршня и зеркала цилиндровой втулки определенными свойствами, такими как повышенная маслоемкость, упрочнение и сокращение площади контакта трущихся рабочих поверхностей. Эти полезные свойства, приобретаемые деталью после ее обработки данными методами (виброраскатывания и вибронакатывания), позволяют снизить силы сопротивления движению деталей ЦПГ и минимизировать механические потери двигателя на трение, а также повысить износостойкость деталей и время приработки в процессе обкатки двигателя.
Ключевые слова: регулярный микрорельеф, вибронакатывание и виброраскатывание, смазочный слой, сила трения колец, сила трения юбки поршня, сопротивление сдвигу.
Abstract. The known main reason for rather low competitiveness of domestic engine-building is the outdated technological base at all stages of production, beginning from receiving preparations and finishing with tests of the ready car. It doesn't allow to provide the demanded accuracy of the sizes, forms, relative positioning of surfaces and quality of a blanket of details that leads to increase in losses of power at overcoming friction forces in interfaces on which the kinematics of engines is based. Regularization of microreliefs is directed on creation of a special textural relief (a regular microrelief) on the interfaced surfaces of details which allocates a surface of a trunk of the piston and a mirror of the cylinder plug with certain properties, such as the increased oil-absorption power, hardening and reduction of the area of contact of the rubbing working surfaces. These useful properties acquired by a detail after its processing by these methods (a vibroraskatyvaniye and a vibronakatyvaniye) allow to reduce forces of resistance to the movement of details of TsPG and to minimize mechanical losses of the engine on friction, and also to increase wear resistance of details and time of running-in in the course of an engine running in.
Keywords: regular microrelief, vibronakatyvaniye and vibroraskatyvaniye, lubricant layer, friction force of rings, piston skirt friction force, resistance to shift.
