Влияние изменения исходных условий на эффективность очистки СОЖ в многоступенчатых системах Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.923.045 ,

Е. М. БУЛЫЖЕВ, Е. П. ТЕРЕШЁНОК, М. Е. КРАСНОВА

ВЛИЯНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ИСХОДНЫХ УСЛОВИЙ

НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОЧИСТКИ СОЖ В МНОГОСТУПЕНЧАТЫХ

СИСТЕМАХ

Исследована зависимость качества очистки СОЖ в многоступенчатых системах от производительности очистки, температуры и загрязнённости СОЖ. Выявлено перераспределение степени очистки в трёхступенчатой системе очистки, построенной на основе тонкослойных гравитационных очистителей.

Ключевые слова: тонкослойный гравитационный очиститель, СОЖ, очистка, эффективность очистки, система очистки.

Для обеспечения требуемого качества очистки СОЖ от механических примесей часто бывает недостаточно применения одного очистителя [1]. При расчёте многоступенчатых систем степень очистки 8 обычно представляют постоянной величиной. Влияние изменения производительности <9, температуры / и загрязнённости СОЖ Си на степень её очистки в многоступенчатых системах до настоящего времени не выявлено, хотя этот вопрос представляет несомненный интерес, так как в реальных технологических ситуациях параметры О, / и Си непостоянны и подвержены наиболее значительному изменению.

Влияние изменения параметров / и Си на степень очистки 8 рассмотрим на примере трёхступенчатой системы, построенной на основе тонкослойных гравитационных очистителей (ТГО) (рис. I и 2), причём воспользуемся математической моделью ТГО, приведённой в статье [2]:

¿•(с -с

4 К/ ж ' О и к/

/

8= I-с'-Ус

И / J К/

\

1-

V

18 • Л • К • з • С

л

/

где 8 - степень очистки; Ь - длина осадительной перегородки, м; И - величина прозора, м; рк/ -плотность комплекса (мицелла + гидратная оболочка), кг/м3; рж - плотность жидкости, кг/м*'; g -ускорение свободного падения, м/с2; с!ю - эквивалентный размер комплекса (мицелла + гидратная оболочка), м; V - скорость потока очищаемой жидкости, м/с; г| - коэффициент динамической вязкости, Па-с; Си - исходная концентрация механических примесей, мг/дм3; Си/ - исходная концентрация механических примесей /-й фрак-

(© Е. М. Булыжев, Е. П. Терешёнок, М. Е. Краснова, 2008

фракции, мг/дм'; Сд - дисперсная концентрация - максимальная концентрация частиц механических примесей, при которой происходит их одиночное осаждение, мг/дм3.

Степень очистки СОЖ во всей системе:

е, =1 - (I - еД1 - е,)(! - ej , (2)

где 8/1, 8/2 и 8,з - степень очистки СОЖ первой, второй и третьей ступеней соответственно для /-й фракции примесей.

Для каждой ступени величина 8 определяется по зависимости:

е = 1 -С'УС е . (3)

И И/ i 4 /

J

Изменение производительности Q. отразим через изменение скорости F, так как О прямо пропорциональна V при условии постоянства конструктивных параметров очистителя:

О - 3600•V • S , (4)

I

Рис. 1. Схема тонкослойного гравитационного очистителя: 1 - резервуар; 2 - распределительные перегородки; 3 - осадительные перегородки: I, II - направление движения загрязнённой и очищенной СОЖ соответственно

L

L

k

>

>

Рис. 2. Схема трёхступенчатой системы очистки СОЖ на основе ТГО: /?2,1ц - величина прозора (расстояние между осадительными перегородками) первой, второй и третьей ступеней соответственно; ¿ь 1Ъ ¿з - длина осадительной перегородки; I, II - см. в подрисуночной подписи к рис. I

где Sw - площадь живого сечения потока очищаемой жидкости в рабочей зоне ТГО.

В соответствии с моделью (1) вычислим последовательно при определённом значении варьируемого параметра следующие величины: степень очистки первой ступени для /-й фракции частиц - остаточную концентрацию С01 /-й фракции примесей после первой ступени - суммарную остаточную концентрацию механических примесей по всем фракциям после первой ступени - степень очистки первой ступени. Аналогично " вычислим степень очистки второй и третьей ступеней, а также степень очистки всей системы. Далее расчёт проводится для следующих значений варьируемого параметра.

Результаты вычислений представим в виде «покадровых» графиков, где в строках, от «кадра» к «кадру» с заданным шагом изменяются параметры К, /, Си.

Рассмотрим зависимость s(V). Величиной V будем варьировать в пределах от 0,004 до 0,076 м/с с шагом 0,008 м/с. Нижний предел выбран на основе рекомендаций [3] для условий тонкого шлифования, верхнее значение - в связи с возможностью использования системы очистки при предварительном шлифовании. Вычисления будем производить при следующих исходных данных: L\ = 0,5 м; ¿2 = 0,75 м; L3 = 1 м; h\ = 0,063 м; //2 = 0,029 м; къ = 0,009 м; / = 20 °С; ц = 0,001 Па-с; Си = 100 мг/дм3; Сл = 40 мг/дм3. Значения размеров L, и /?, выбраны на основе рекомендаций, приведённых в [4]. Динамическая вязкость СОЖ соответствует температуре 20°С. Исходная концентрация загрязнений 100 мг/дм3 соответствует рекомендациям [3]. Значение параметра Сд определено экспериментально и характерно для 0,2%-ного водного раствора кальцинированной соды. Состав СОЖ обусловлен наличием представительного массива опытных данных, полученных многими исследователями [5].

Установлено, что изменение скорости движения СОЖ от 0,004 до 0,012 м/с, приводит к значительному снижению эффективности первой ступени - от с - 0,8 до г ~ 0,45 (рис. 3). 11ри этом наблюдается рост эффективности второй сту пени, обу сл о вл е н н ы й с н и же н и е м сте пен и очистки первой ступени, относительным увеличением остаточной концентрации механических примесей в очищаемой СОЖ и усилением процесса коагуляции частиц примесей. Одновременно падает эффективность третьей ступени, а эффективность всей системы в целом снижается незначительно - от г ~ 0,95 до е - 0,9.

С увеличением У от 0,02 до 0,076 м/с наблюдается дальнейшее снижение эффективности первой ступени (заложенные значения конструктивных параметров не позволяют ей эффективно функционировать при заданных параметрах процесса) до 8 - 0,08, эффективность второй и третьей ступеней снижается, а эффективность всей системы падает до значения г - 0,65. В данном случае значительное изменение величины V не приводит к столь же значительному измене-

v

нию степени очистки СОЖ во всей системе: очевидно, система обладает демпфирующими свойствами и функциональное перераспределение внутри неё способствует сглаживанию влияния изменений параметров процесса очистки на выходные показатели системы (степень очистки).

Как следует из рис. 3, с увеличением производительности системы Q (скорости V) изменяются соотношения между 8|, 82 и 83, т. е. перераспределяются функциональные значимости отдельных ступеней. Причиной этого перераспределения является изменение концентрации и гранулометрического состава механических примесей при прохождении жидкости через предыдущие ступени.

А

0,8

0,6 0,4

0,2 0 1

с 0,8

0.6 0,4

0,2

0

К м 0,004 Щ

ж

Ш

\ • V

Ж

ш

%-М

ш ш

ш

т ш

ш щ

м/с 0,044

Ш&

пи

I

яв

ш ш

т

В я

«к-¿г-л

ет шВл

с£ч< р

1

№

щс

и <«

ЫА У§

ш я (р

я ш

гак Ш

«Ш $1

0,012

шз

£» я

& ш

0,052

Й

И

Ма

Шт

Ев I

•:

£4'

¡1 8»

Ш

ш

вяз»

ш

1Щ

ш

Шл

ш

ж

т

г?Ъ

У<

0,020

•*V- «уV*• *

0,060

0,028

Г— С»

0.068

Ш

1 - .л

.3

щ

я

1 в

0,036

18

Я

фР:

V-

М в

ччл'«-

2&Й Я®

« Р

Л ч лЛ1

1 ж

0,076

Г?

§§

I

И • '

Й

№1

I II III С I II III С I II III С I II III С I II III с

Рис.

Перерас-

нении потока

пределение степени очистки СОЖ между ступенями системы при изме-

скорости

ЖИДКОСТИ

V: I, И, III I я. 2-я и 3-я ступень соответственно; С - система в целом (исходные данные представлены в тексте)

А

0,8

0,6 0.4

0,2 0 1

0,8

0,6 0,4

0.2

0

Рис. 4. Перераспределение степени очистки СОЖ между ступенями системы при изменении температуры жидкости /: V - 0,01 м/с; остальные исходные данные представлены в тексте

I II III С I II III С I II III С I II III С I II III С

А

0,8

0,6 0,4

0,2 0 I

0,8

0,6 0,4

0,2

Рис, 5. Перераспределение степени очистки между ступенями системы при изменении исходной концентрации механических примесей Си: V = 0,01 м/с; ос-

тальные ные

исход-данные

представлены в тексте

0

I II III С I II 111 С I II III С I II III С I II III С

С,* мг1т 20

В математической модели ТГО (1) влияние температуры жидкости на эффективность её очистки обусловлено изменением динамической вязкости очищаемой жидкости и толщины гидратной оболочки частиц механических примесей, и, соответственно, уменьшением плотности оседающего комплекса «частица + гидратная оболочка». Величиной / будем варьировать в пределах от I = 2 °С до / = 38 °С с шагом 4 °С. Скорость движения СОЖ V примем 0,01 м/с, остальные исходные данные такие же, как и при анализе зависимости е(У).

На всём исследуемом интервале температур наблюдается рост эффективности первой ступени очистки (от в ~ 0,3 до е ~ 0,73) и снижение эффективности второй ступени (от 8 ~ 0,5 до - 035) (рис. 4). Объясняется это тем, что вследствие увеличения эффективности первой ступени нагрузка на вторую ступень снижается. Для третьей же ступени в интервале от 2 до 6°С наблюдается снижение степени очистки (от 8 ~ 0,75 до 8 - 0,6), а далее, до / = 38°С плавный рост 8 до значения 0,65, что можно объяснить перераспределением функций между первой и второй с тупенью. Эффективность работы системы в целом увеличилась с 8 - 0,9 до 8 - 0,95. Можно заключить, что в данном случае при значительном изменении температуры очищаемой жидкости не происходит значительного изменения степени очистки системы. Таким образом, подтверждается, что система обладает демпфирующими свойствами.

При исследовании зависимости 8(С„) величиной С„ будем варьировать в пределах от 20 до 380 мг/дм3 с шагом 40 мг/дм3. Верхнее значение С„ соответствует значениям, наблюдаемым на практике в централизованных системах очистки СОЖ на шлифовальных участках или в цехах [1]. Нижнее значение Си отмечается в начале первой смены после остановки технологического оборудования на длительное время (7 и более часов). Скорость движения СОЖ V примем 0,01 м/с, остальные исходные данные такие же, как и при анализе зависимости е(К).

Во всем исследуемом диапазоне значений Си наблюдается плавное увеличение эффективности как первой ступени (от 8 - 0,12 до 8 - 0,90), так и всей системы в целом (от 8 - 0,8 до 8 - 0,95), что объясняется интенсификацией процесса коагуляции частиц механических примесей при увеличении исходной концентрации.

Для второй ступени характерен рост степени очистки до 8 я 0,5 при С„ = 100 мг/дм3, а затем плавное снижение до г- 0,15 при Си = 380 мг/дм*.

Эффективность работы третьей ступени плавно уменьшается до 8 - 0,6 при Си = 100 мг/дм", незначительно возрастает до г ~ 0,65 при Си = 180 мг/дм3 и далее плавно снижается до 8 - 0,5. Данная картина также объясняется перераспределением нагрузки на ступени при увеличении исходной концентрации механических примесей в СОЖ.

Как отмечалось выше, во всех рассмотренных случаях эффективность многоступенчатой системы меньше зависит от изменения исходных условий по сравнению с очисткой СОЖ в одиночном очистителе. Кривая 2, характеризующая е(К) для многоступенчатой системы, лежит значительно выше кривой 1 8(V) первой ступени (рис. 6). Это подтверждает тот факт, чтр в случае очистки СОЖ в многоступенчатых системах 8 зависит от V (производительности) в меньшей степени, чем при очистке СОЖ в одиночном очистителе.

1

!

0,8 А 0,6 (

ч • \2

0.4 с \

1

0,2 •« ! у

о

0,02 0,04 V -

м/с >

0,08

Рис. 6. Зависимость &(У)\ 1 - одиночный очиститель; 2 - трёхступенчатая система очистки: исходные данные представлены в тексте

Таким образом, показано, что многоступенчатые системы очистки обладают буферными свойствами, сглаживающими влияние исходных условий на эффективность очистки СОЖ. Другими словами, системы очистки имеют большую, по сравнению с одиночными очистителями, устойчивость к неизбежным в условиях реальной технологической ситуации изменениям входных параметров процесса очистки.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

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

2. Булыжев, Е. М. Эффективность очистки СОЖ в тонкослойных гравитационных очистителях / Е. М. Булыжев, А. Ю. Богданов, М. Е.

Краснова, Е. П. Терешёнок // Справочник. Инженерный журнал. - 2008. - №10. Приложение.

- С. 2-5.

3. ГОСТ Р 50815-95. Промышленная чистота. Жидкости смазочио-охлаждающие. Требования к чистоте СОЖ на операциях круглого наружного и плоского шлифования периферией круга. - Введ. 1996-07-01. - М. : Изд-во стандартов, 1996. - 8 с.

4. Булыжев, Е. М. Влияние конструктивно-технологических параметров, свойств СОЖ и механических примесей на эффективность тонкослойного гравитационного очистителя / Е. М. Булыжев, М. Е. Краснова, Е. П. Терешёнок // Справочник. Инженерный журнал. - 2008. -№ 10. Приложение. - С. 6 - 10.

5. Смазочно-охлаждающие технологические средства: справочник / под общ. ред. Л. В. Худо-бина. - М. : Машиностроение, 2006. - 544 с.

оооооаоио о а&о о езьооо&ь и

Булыжев Евгений Михаилович, доктор технических наук, профессор кафедры «Технология машиностроения» УлГТУ.

Терешёнок Евгений Петрович, аспирант тон лее кафедры.

Краснова Марина Евгеньевна. инженер-исследователъ ЗАО «Булыжев. Промышленные экосистемы».

УДК 621.767 М. А. БЕЛОВ

К ВОПРОСУ ОБ ОБРАЗОВАНИИ ПОГРЕШНОСТИ БАЗИРОВАНИЯ ЗАГОТОВОК НА ОПЕРАЦИЯХ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

Изложены современные представления о механизме образования погрешности базирования. Ключевые слова: базирование, погрешность базирования.

Погрешность базирования заготовок на операциях механической обработки соб является основной составляющей погрешности установки, которая, как известно, составляет существенную часть общей производственной погрешности выдерживаемых линейных и угловых размеров. Поэтому понимание сущности механизма образования погрешности базирования представляет значительный интерес для теории и практики современной технологии машиностроения, когда доля высокоточных (прецизионных) деталей машин и приборов с микронными и долемик-ронными допусками на изготовление постоянно возрастает.

Действующий в настоящее время ГОСТ 21495-76 «Базирование и базы в машиностроении. Термины и определения» погрешность базирования применительно к механической обработке трактует как «отклонение фактически достигнутого положения заготовки ... при базировании от требуемого». Это определение погрешности базирования носит слишком общий характер, гак как относится к заготовке в целом (и да-

© М.Л.Белов, 2008

же не к партии заготовок!), а не к какому-то конкретному размеру или конкретной поверхности. Между тем, если иметь в виду некую партию заготовок (а в машиностроении, как правило, и идёт речь об обработке партии заготовок), то придать всем поверхностям каждой заготовки в партии «требуемое положение» в силу рассеивания размеров заготовок в партии невозможно. Можно придать в той или иной степени близкое к требуемому положение лишь каким-то отдельным поверхностям заготовок в партии.

В связи с изложенным, с целью чёткого понимания механизма образования погрешности базирования, разработки методики её расчёта для различных схем базирования и установки следует, на наш взгляд, определять погрешность базирования применительно к какому-либо выдерживаемому линейному или угловому размеру у одной заготовки (или изделия) как «отклонение фактически достигнутого при базировании положения какой-либо поверхности (оси поверхности) заготовки ... от требуемого». Применительно к партии заготовок (или изделий) под погрешностью базирования следовало бы понимать «разность предельных положений какой-либо поверхности (оси поверхности)