Совершенствование очистителей рабочих жидкостей насосов с использованием гидроэлектрических технологий (стр. 13 )

Рис.2.27. Зависимость продольной составляющей пондеромоторной силы от времени.

Рис.2.28. Зависимость продольной составляющей пондеромоторной силы от координаты .

Наличие экстремума продольной составляющей пондеромоторной силы определяет ее выражение, полученное нами ранее.

Характер изменения продольной составляющей силы Стокса, изображенной на рис. 2.29 можно объяснить следующим образом.

Рис.2.29. Зависимость продольной составляющей силы сопротивления Стокса от времени.

Сначала, до достижения частицей боковой стенки, величина пондеромоторной силы увеличивается незначительно, поэтому и скорость движения частицы загрязнения под действием этой силы также возрастает не очень быстро. Когда частица достигает боковой поверхности и начинает двигаться по ней, пондеромоторная сила, действующая на нее, и, соответственно, скорость частицы резко возрастают. Дальнейшее движение сопровождается снижением силы магнитного поля, а значит и скорости частицы, следовательно, сила сопротивления движению этой частицы также уменьшается.

При проектировании электромагнитной части фильтра важно определить оптимальные значения намагничивающей силы, при которых высокое быстродействие может быть получено при минимальных потерях энергии. Необходимо отметить, что нагрев обмотки в данном случае является в определенной степени положительным явлением, т. к. при увеличении температуры вязкость жидкости уменьшается, что приводит к уменьшению силы сопротивления Стокса, тормозящей процесс очистки. Производительность фильтра зависит от гидродинамических, электромагнитных и геометрических параметров жидкости и загрязнений, к которым относятся вязкость жидкости и ее расход, намагничивающая сила, размер частицы загрязнения, высота щели и расстояние между витками. В таблицах 2.1÷2.6 приведены зависимость времени притяжения частицы к наружной стенке и перемещения ее от одного витка к другому от вышеперечисленных параметров (результаты получены при следующих параметрах: радиус частицы 10х10-6 м, вязкость жидкости (воды) 0.001 , расход 5 л/мин, высота щели 4 х10-3м, расстояние между витками 1 х10-2м, радиус внутренней трубы 5 х10-2м.

Анализ данных из таблиц 2.1-2.2 показал, что увеличение силы тока и диаметра частицы приводит к повышению быстродействия очистителя (рис.2.30 и 2.31), что объясняется увеличением пондеромоторной силы, которая зависит от квадрата тока и от куба радиуса. Сила сопротивления Стокса также увеличивается при увеличении размера частицы, но только в первой степени, поэтому этот фактор не будет иметь определяющего значения при анализе работы очистителя.

Таблица 2.1

Зависимость быстродействия очистителя от намагничивающей силы

I, A	2.5	5	7.5	10	15	20
	0.025	0.006	0.0024	0.0015	0.00067	0.00035
	0.0029	0.00075	0.00035	0.0002	0.00009	0.000054

Таблица 2.2

Зависимость быстродействия очистителя от диаметра частицы

	10	15	20	25	30	40	45	50
	1.5	0.7	0.4	0.25	0.15	0.1	0.074	0.06
	0.2	0.088	0.05	0.033	0.023	0.013	0.01	0.009

Рис.2.30. Зависимость времени достижения боковой стенки и перехода от одного витка к другому частицы от величины силы тока.

В таблицах 2.3÷2.8 приведены рассчитанные зависимости быстродействия от гидродинамических параметров жидкости – ее температуры, т. е. вязкости (в случае воды и масла) и расхода (рис.2.32). Как и следовало ожидать, увеличение вязкости при уменьшении температуры, повышающее силу сопротивления Стокса, снижает скорость частицы, а значительное увеличение вязкости при переходе от воды к маслу (примерно на два порядка) приводит к необходимости значительного увеличения намагничивающей силы.

Таблица 2.3

Зависимость быстродействия очистителя от температуры воды

	10	20	40	60
	4	3.5	2.4	1.5
	0.5	0.39	0.26	0.19

Рис.2.31. Зависимость времени достижения боковой стенки и перехода от одного витка к другому от радиуса частицы загрязнения.

Зависимость, изображенная на рис.2.32 показала, что быстродействие очистителя зависит практически линейно от температуры жидкости. Это можно объяснить линейной зависимостью силы Стокса от вязкости жидкости. Выполненные нами расчеты показали, что при силе тока в 10 А частица пройдет расстояние в 1 см за 3 с при очистке масла, что явно не может удовлетворять технологическим требованиям для очистителей, которые применяются для обработки вязких жидкостей.

Рис.2.32. Зависимость времени достижения боковой стенки и перехода от одного витка к другому частицей от температуры воды.

Таблица 2.4

Зависимость быстродействия очистителя от температуры воды

	10	20	40	60
	4	3.5	2.4	1.5
	0.5	0.39	0.26	0.19

Зависимость, изображенная на рис.2.32 показала, что быстродействие очистителя зависит практически линейно от температуры жидкости. Это можно объяснить линейной зависимостью силы Стокса от вязкости жидкости.

По рассчитанным данным из таблиц 2.4 и 2.5 можно сделать вывод о целесообразности использования очистителя с бегущим магнитным полем для очистки воды и других маловязких жидкостей (эмульсий и т. д.). Это ограничение связанно с тем, что для вязких жидкостей требуются большие значения намагничивающей силы, для создания которой придется применять медную шину сечением около 300 мм2 для практической реализации электромагнитной системы фильтра.

Таблица 2.5

Зависимость быстродействия очистителя от температуры масла при намагничивающей силе 700

	20	40	60
	75	6.2	1.7
	2.8	0.69	0.2

Таблица 2.6

Зависимость быстродействия очистителя от расхода жидкости

	0	5	10	15	20
	3.3	3.4	4	5	9
	0.39

При использовании для очистки вязких жидкостей очистителей со сложной конфигурацией магнитного поля, как показали наши расчеты, этой проблемы не существует.