Совершенствование очистителей рабочих жидкостей насосов с использованием гидроэлектрических технологий (стр. 21 )

Нами произведены расчеты очистителя, работающего по вышеописанной схеме. Согласно результатам выполненных расчетов, получено следующее: насос производительностью , на очистку поступает () 5% от производительности насоса; тонкость очистки . Диаметр перфорированной перегородки . Применяем в качестве перегородки сетку с размерами ячейки в свету 0,5х0,5 мм и толщиной проволоки 0,3 мм.

Согласно выполненным расчетам для выполнения выше указанных условий необходима длина вставки около , при этом перепад давления на очистители равен . Уменьшение указанного перепада давления можно произвести увеличением длины вставки.

3.2.2. Гидроэлектромагнитные очистители.

Опыт показал, что для гидродинамических очистителей без использования дополнительной энергии надежно получаемая постоянная крупность частиц 25мкм. В то же время во многих случаях, при наличии продуктов изнашивания, в первую очередь ферромагнитных частиц, такая тонкость очистки является недостаточной. Работами профессора [32, 33] было доказано, что вокруг ферромагнитной частицы достаточно малого размера, находящейся в магнитном поле, возникает возбужденное магнитное поле, которое на 107 раз больше, чем возбудившее его. При этом диа - и парамагнетики притягиваются к ферромагнитной частице малого размера и сами по себе могут быть причиной интенсивного изнашивания оборудования. По нашему мнению в данном случае требуется применение комплексной очистки с использованием электромагнитных очистителей, разработанных на базе электрогидравлических технологий (раздел 2), где позволит в несколько раз поднять надежность и долговечность оборудования, работающего с жидкостями обогащенными продуктами изнашивания. Учитывая теорию и испытания электромагнитных очистителей со сложным магнитным полем и с бегущей электромагнитной волной, можно рекомендовать следующие схемы.

а) б)

Рис 3.3. Схема неполнопоточной очистки жидкостей с использованием электрогидравлических технологий:

а – для маловязких жидкостей; б – для жидкостей средней вязкости:

1 – насос; 2 – гидродинамический очиститель; 3 – электромагнитный очиститель; 4 – потребитель жидкости без очистки; 5 – потребитель очищенной жидкости; 6 – дроссель

Из предыдущего раздела следует возможность очистки жидкостей от механических примесей тоньше определенного уровня получаемого при гидродинамической очистке. Опыт применения гидродинамических очистителей показал, что для гидродинамических очистителей без использования дополнительной энергии надежно получаемая наименьшая крупность частиц 25мкм.

В то же время во многих случаях, при наличии продуктов изнашивания, в первую очередь ферромагнитных частиц, такая тонкость очистки является недостаточной. Одно из самых проблемных мест при производстве автомобилей является сверление длинных (до 400мм), малого диаметра (до 6мм) отверстий в распредвалах. Причем одновременно в течении 40÷60с сверлится 12 отверстий.

Как бы тонко традиционными фильтрами не очищалась смазочно-охлаждающая жидкость (СОЖ), идущая через ось перьевого сверла, стойкость их крайне низкая, а продолжительность работы даже лучших насосов фирмы Бош (на АЗЛК) или специализированного немецкого станка «Beda» (на АвтоВАЗе) не превышала 3 месяцев.

По нашему мнению применение комплексной очистки на базе электрогидравлических технологий позволит в несколько раз поднять надежность и долговечность оборудования, работающего с жидкостями обогащенными продуктами изнашивания.

Учитывая теорию и испытания электромагнитных очистителей со сложным магнитным полем и с бегущей электромагнитной волной (раздел 2), можно рекомендовать следующие схемы.

Для очистки эмульсий, СОЖей и других маловязких жидкостей (до 5÷10мм2/с) и при неполнопоточной схеме подачи чистой жидкости – применять схему по рис. 3.4а с электромагнитным очистителем с бегущим магнитным полем; для очистки жидкостей средней вязкости (5÷600мм2/с) – применять схему по рис. 3.4б со сложным магнитным полем.

3.3. Разработка способа защиты щелевых уплотнений динамических насосов путем использования гидродинамического эффекта разделения фаз рабочей жидкости.

Следует сказать еще об одном возможном подходе к защите щелевых уплотнений динамических насосов от твердых включений с помощью гидродинамического эффекта. Движение жидкости (утечки) в щелевых уплотнениях динамических насосов бывает двух видов - течения в пазухе рабочего колеса происходит от периферии (наружный диаметр рабочего колеса) к центру (ось вала) и наоборот.

В случае, если указанное движение происходит от центра к периферии на входе в щелевое уплотнение формируется течение характерное для гидродинамических очистителей – существует основной поток, проходящий в рабочее колесо (продольная скорость) и дополнительный поток, проходящий через щелевое уплотнение (поперечная скорость). Очевидно, что можно ставить задачу использования гидродинамического эффекта «наоборот» – создавать условия, чтобы твердые частицы не попадали в щелевые уплотнения (в фильтре мы их «заставляем» проходить через ячейку сетки, по отношения к щелевому уплотнению надо сделать наоборот). Для примера известно [3, 62, 65], что межступенная утечка в межступенчатых центробежных насосах, происходит именно в направлении от центра к периферии.

В работах [5, 51, 120] исследовались проточные части современных грунтовых насосов, в том числе было обращено внимание на сложные формы переднего уплотнения рабочего колеса, а также наличие специальных выступов на наружных поверхностях рабочего колеса. Как оказалось [5] указанные особенности проточной части грунтовых насосов обеспечивают движение жидкости в пазухах рабочего колеса от центра к периферии.

а)

б)

Рис.3.4. Схема неполнопоточной очистки жидкостей с использованием электрогидравлических технологий:

а – для маловязких жидкостей; б – для жидкостей средней вязкости.

В схемах приняты следующие обозначения: 1 – насос; 2 – гидродинамический очиститель; 3 – электромагнитный очиститель; 4 – потребитель жидкости без очистки; 5 – потребитель очищенной жидкости; 6 – дроссель.

Соответственно, в работе [120] впервые было высказано предположение, что данные техническое решение связано с поиском способа защиты переднего уплотнения рабочего колеса от износа за счет использования гидродинамического эффекта.

В заключении по этому вопросу укажем, что здесь мы имеем дело с многофакторной оптимизационной задачей. Очевидно, что усложнение конструкций пазух рабочего колеса приведет к изменению КПД насосной проточной части, известно также [65], что изменение геометрии и картины течения в щелевом уплотнении существенным образом влияет на вибронадежность насоса и наконец известно [8], что изменение картины течения в пазухах рабочего колеса ведет к изменению осевой силы, действующей на ротор насоса.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что сознательное использование явления гидродинамического эффекта в динамических насосах может быть существенным фактором для улучшения их технико-экономических показателей.

В основе предложенного способа защиты щелевых уплотнений положен принцип гидродинамического разделения фаз (раздел 1). Последний является сущностью принципа работы типового гидродинамического очистителя. Рассмотрим такой очиститель и способы его расчета с целью показа способа реализации в практике проектирования динамического насоса предлагаемого способа защиты его щелевых уплотнений от загрязнений.

Устанавливается такой очиститель на линии нагнетания. Схематично очиститель представляет (рис. 3.5) собой вставку в трубопровод 1, имеющую ответвление 4 на трубку, в которую поступает жидкость с высокими требованиями к чистоте рабочих жидкостей, например, на щелевые уплотнения и на дроссельные щели.

1

Рис. 3.5. Очиститель на основе гидродинамического разделения.

Вставка состоит из фильтрующего сетчатого цилиндра 3 и корпуса вставки 2. При включении вентиля подачи очищенной жидкости часть жидкости поступает по трубопроводу 4, очищаясь перегородкой 3. Хотя крупность ячеек в этой перегородке невелика, засорения ее не происходит, т. к. крупные частицы уносятся основным потоком. Для увеличения скорости последнего диаметр фильтрующего цилиндра выполнен меньшим, чем диаметр трубопровода. Такая схема применима, если на очистку расходуется жидкости значительно меньше, чем ее протекает по трубопроводу 1.

Рассмотрим схему расчета такого очистителя.

Пусть по трубопроводу поступает расход жидкости Q, а необходимость в чистой жидкости составляет Q1. Требуемая точность очистки d. Диаметр перфорированной перегородки 3 обозначим через D. Тогда скорость основного потока составит

.