Совершенствование очистителей рабочих жидкостей насосов с использованием гидроэлектрических технологий (стр. 10 )

Таким образом, при существующих параметрах очистителя повышение температуры до 1000С и соответствующее снижение вязкости приводят к незначительному расширению зоны улавливания, т. к. составляющие скорости частицы, созданные пондеромоторной силой, больше скорости жидкости, и изменение скорости жидкости мало сказывается на изменении скорости частицы. На улавливание частиц под поверхностью диска изменение температуры практически не сказывается, поскольку составляющие скорости частицы, создаваемые пондеромоторной силой, в этом случае еще выше из-за большей магнитной проницаемости.

Рис.2.5. Зависимость степени очистки от температуры жидкости.

Анализ зависимости степени очистки от температуры жидкости, график этой зависимости приведен на рис.2.5, показал, что при увеличении температуры от 00С до 300С зона улавливания под отверстием в диске растет быстрее. Это объясняется более сильным снижением вязкости при таких температурах.

Выполненные исследования показали, что увеличение расхода и вязкости жидкости незначительно уменьшают степень очистки. Увеличение радиуса улавливающего диска и расстояния между дисками снижает степень очистки. Увеличение величины тока улучшает степень очистки до определенной величины с увеличением напряженности магнитного поля, но с определенного значения степень очистки уже не изменяется, растут лишь потери электроэнергии.

2.1.5 Учет сил инерции при расчете электромагнитных очистителей.

Все вышеприведенные результаты получены при пренебрежении силами инерции. Для проверки правильности этого предположения нами бы проведен учет сил инерции при движении ферромагнитной частицы загрязнения в электромагнитном очистителе. В этом случае движения ферромагнитной частицы загрязнения в жидкости описывается системой дифференциальных уравнений (2.4).

В этой системе уравнений первые два уравнения представляют собой закон движения частицы в проекции на цилиндрические оси координат ; третье и четвертое выражение – пондеромоторная сила; пятое и шестое - составляющие скорости жидкости; последние два – переход от цилиндрической системы к системе координат сплюснутого эллипсоида.

Для решения этой системы дифференциальных уравнений была разработана модель и структурная схема на основе программы Matlab (рис.2.6).

(2.4)

При помощи этой модели были построены различные зависимости основных характеристик очистителя от времени для электромагнитного фильтра при следующих параметрах жидкости и фильтра: вязкость жидкости - 0.06 кг/м·с, расход - 20 л/мин, радиус улавливающего диска - 25 мм, расстояние между дисками - 25 мм, диаметр отверстий в диске - 6 мм, намагничивающая сила – 15200 А·витков, магнитная проницаемость частицы - 1000.

Рис.2.6. Структурная схема модели электромагнитного фильтра.

На рисунках 2.7-2.9 приведены зависимости перемещения частицы в продольном и поперечном направлении от времени. Анализ зависимостей показал, что частица загрязнений сначала притягивается к боковой стенке фильтра, а потом движется уже по этой стенке.

На рис. 2.8 показано изменение положения частицы в продольном направлении, при этом видно, что перемещение в этом направлении начинается только тогда, когда частица приблизилась вплотную к стенке. Это также подтверждает и график изображенный на рис.2.9.

Такое поведение частицы объясняется распределением пондеромоторной силы в очистителе - перечная составляющая пондеромоторной силы резко возрастает у боковой стенки, что и показано на рисунке 2.10. Этот тот же график представлен в логарифмическом масштабе на рисунке 2.11.

Рис.2.7. Зависимость поперечной координаты частицы от времени.

Рис.2.8. Зависимость продольной координаты частицы от времени.

Рис.2.9. Изменение положения частицы в пространстве в цилиндрической системе координат.

Рис.2.10. Зависимость поперечной составляющей пондеромоторной силы от времени.

Рис.2.11. Логарифмическая зависимость величины поперечной составляющей пондеромоторной силы от времени.

Анализ этой зависимости показал, что в начале движения частицы от центра поперечная составляющая пондеромоторной силы изменяется незначительно. Это объясняетя сравнительно небольшим увеличением напряженности магнитного поля из-за больших расстояний до боковой стенки. По мере приближения к ней напряженность увеличивается и особенно резко на расстояниях порядка 1÷7 диаметров частицы. Соответственно увеличивается и градиент напряженности, что в свою очередь обуславливает рост пондеромоторной силы.

На рис.2.12 изображена зависимость продольной составляющей пондеромоторной силы от времени. Эта составляющая также сначала незначительно увеличивается по мере приближения частицы к стенкам очистителя. Однако при резком возрастании напряженности увеличивается и продольная составляющая пондеромоторной силы. Далее частица продолжает движение вдоль стенки, при этом ее поперечная координата не изменяется, а продольная координата продолжает изменяться по мере движения частицы.

Рис.2.12. Зависимость продольной составляющей пондеромоторной силы от времени.

Поскольку величина пондеромоторной силы обратнопропорциональна значениям ( Rd –ρ )4 и Z3, поэтому при неизменном значении ρ начинает сказываться изменение продольной координаты, и по мере удаления от диска продольная составляющая пондеромоторной силы уменьшается.

На рис.2.13 и 2.14 показаны графики изменения поперечной и продольной составляющих скорости перемещения частицы от времени. Как и следовало ожидать, эти зависимости имеют приблизительно одинаковый характер, который обусловлен распределением пондеромоторной силы, т. е. скорость частицы сначала увеличивается незначительно, а по мере приближения к диску фильтра резко возрастает и, наконец, спадает до нуля при достижении частицей твердой поверхности.

Рис.2.13. Зависимость поперечной составляющей скорости частицы от времени.

Рис.2.14. Зависимость продольной составляющей скорости частицы от времени.

Весь процесс улавливания частицы (т. е. передвижения ее к улавливающему диску) составляет не более 0.35 мс что, на наш взгляд, позволяет признать допущение о безинерционности частицы правильным.