Совершенствование очистителей рабочих жидкостей насосов с использованием гидроэлектрических технологий (стр. 7 )

Сравнивая совокупность областей применения существующих средств очистки жидкостей с потребностями различных отраслей промышленности, учитывая разнообразие условий эксплуатации и факторов воздействий среды, с одной стороны, и принимая во внимание требования к чистоте рабочих жидкостей, с другой стороны, следует отметить, что в пределах всего промышленного комплекса страны существует потребность в классе очистителей, обладающих следующими характеристиками: сбор осадка в неподвижном бункере; способность к приемке крупных частиц; тонкость очистки (10÷30) мкм; конструктивная возможность к увеличению производительности; отсутствие воздействия на присадки и конгломераты молекул жирных кислот; применение привода в пределах промышленных оборотов или частот; возможность применения в напорных магистралях; эффективность применения на всасывающих магистралях; эффективность очистки жидкости за один проход; эффективность очистки жидкости в первоначальный момент времени.

Область применения таких очистителей: очистка быстро загустевающих и других, не допускающих разгерметизации и контакта с воздухом, жидкостей; очистка жидкостей, работающих в условиях высокой интенсивности поступления загрязнений. К последним относятся: жидкости, работающие в условиях сильной запыленности; смазочно-охлаждаемые жидкости (СОЖ) металлообрабатывающего оборудования; вода, требующая предварительной очистки перед тонкими фильтрами; вода, применяемая в оборотных системах металлургического оборудования; рабочие жидкости гидравлических систем с большим объемом, утечками, изменениями уровня; жидкости, поступающие к машинам и механизмам от заводов-изготовителей, из заливочных и заливочно - регенерационных устройств; смазочные масла двигателей внутреннего сгорания.

Таким образом, тема исследования, направленная на создание электромагнитных очистителей жидкости, является актуальной как с точки зрения потребности в развитии теории рабочего процесса электромагнитных очистителей, так и с учетом практических задач, стоящих перед промышленностью сегодня.

1.5. Насосы, требования к очистителям их рабочих жидкостей

Насосы - один из наиболее распространенных видов технологического оборудования, применяемое во всех отраслях промышленности и сельского хозяйства. На привод насосов используется до 20% электроэнергии, вырабатываемой в стране. Это один из значимых видов продукции машиностроительного комплекса Украины, поставляемой как для внутренних нужд, так и на экспорт. Поэтому повышение качества создания и эксплуатации насосов является актуальным направлением деятельности специалистов в области машиностроения и энергосбережения.

Согласно ГОСТ 17398-72 по принципу действия насосы делятся на объемные и динамические. В последнее время в насосах стал широко использоваться вихревой рабочий процесс, что привело к возникновению нового типа турбомашин – вихревых турбомашин [42], среди них значительное место занимает насосы вихревого принципа действия (вихревые, струйные, свободновихревые, лабиринтно-вихревые и др). Указанные насосы вихревого принципа действия конструктивно и по свойствам и составу перекачиваемых сред близки к вышеуказанным динамическим насосам. В связи с изложенным под термином «динамические насосы» в данном случае подразумевается совокупность насосов вихревого принципа действия и собственно динамических насосов по ГОСТ 17398-72 [71].

В силу своих конструктивных особенностей объемные насосы и гидромашинные системы на их основе (объемный гидропривод) являются особо чувствительными к загрязнениям рабочей жидкости [111]. Поэтому именно в приложении к объемным гидромашинам в первую очередь развивались средства очистки рабочих жидкостей [102]. Применительно к динамическим насосам данная проблема также решалась – здесь можно отметить попытки создать входные очистители для питательных насосов тепловой [62] и атомной [63, 64] энергетик, а также создание общей станции очистки для систем поддержания пластового давления (ППД) на нефтяных месторождениях [100]. Следует также сказать, что всегда внимание уделялось проблеме очистки смазывающей и запирающей жидкостей для опорно-уплотнительных узлов динамических насосов, наибольшее распространение получило использование малогабаритных гидроциклонов и центробежных очистителей. Отдельно, по отношению к динамическим насосам, следует говорить о необходимости защиты от износа щелевых уплотнений, определяющих срок службы, надежность и экономичность в работе динамических насосов [65].

С учетом сказанного, можно констатировать факт – разработка средств очистки рабочих жидкостей по отношению к объемным гидромашинам определила практику таких разработок применительно к динамическим насосам.

Прежде всего целесообразно вернуться к проблеме создания входных очистителей. Рассмотрим ее применительно к системам поддержания пластового давления (ППД) на нефтяных месторождениях, оснащаемых насосами типа ЦНС – 180 [100]. Как правило, на станциях ППД содержится 2 работающих насоса типа ЦНС – 180. Отсюда и необходимость [100] в четырех постоянно работающих фильтрационных колоннах, оснащенных гидродинамическими фильтрами плюс еще одна колонна – резерв. На сегодня опыт ДонГТУ показывает, что ограничения по максимальной производительности можно с гидродинамических фильтров снять. Нами проведены с использованием данных [102, 103] расчеты типового гидродинамического очистителя на подачу 200м3/час (по входу) и получены следующие результаты (рис.1.7.):

- количество сливаемой воды – 15м3/час;

- остаточная крупность загрязнений не более 0,5 мм;

- перепад давления не более 0,5 атм;

- габаритные параметры (высота х ширина х длина, мм) – 1200х660х1160.

Укажем, что на сегодня в гидродинамических очистителях несложно получается очистка до максимальной крупности частиц 25 мкм. Кроме того, величина начального давления в фильтре определяется только прочностью его корпусных деталей и можно ставить вопрос об улучшении других из указанных эксплуатационных показателей качества работы гидродинамических фильтров. Так ориентируясь на работу [27] можно ожидать, что закрутка потока в кольцевой области фильтра позволяет уменьшить сброс жидкости в 2-3 раза от общего расхода через фильтр. С учетом изложенного можно утверждать, что создание комплексной системы очистки жидкости для систем ППД нефтяных месторождений является для потребителей технико-экономической задачей – необходимо сравнивать два варианта: один – общая одна система, второй – два гидродинамического очитителя (основной и резервный), а также осадительная колона. Для производителей динамических насосов целесообразно включать в комплект поставок насосного агрегата также входной гидродинамический очистителя. При этом целесообразно разработать типоразмерный ряд таких очистителей, чтобы они были однотипны (взаимозаменяемы) для: энергетических насосов; насосов нефтегазового комплекса; насосов общепромышленного назначения; насосов шахтного водоотлива [105] и других. Возможный представитель такого рода очистителей представлена на рис.1.7.

Рис.1.7. Рабочий чертеж – Общий вид рассчитанного фильтра (пропускная способность 180м3/час).

1.6. Выводы и задачи исследования

1.6.1. Выводы

1.Для всех отраслей промышленности отказ гидравлических систем вследствие повышенной загрязненности жидкостей составляет (50÷80)% всех отказов, а ресурс по этой причине снижается в 3-50 раз. Влияние загрязненности на функционирование жидкостей и систем, использующих жидкости, является сложным многофакторным явлением. Ухудшение характеристик жидкостей и условий работы оборудования обычно происходит сразу по нескольким параметрам.

2.Уровень загрязненности жидкостей и поступление частиц загрязнений, находящихся в жидкостях, является функцией от количества и интенсивности источников поступления загрязнений. Дополнительные проблемы вносит явление изменения гранулометрического состава загрязнений в процессе работы машин.

3.Уровень требований к чистоте жидкостей определяется: механизмом воздействия частиц загрязнений на жидкость и оборудование; влияние их на эффективность процессов, протекающих в жидкостях или функции, выполняемые жидкостью. На практике техническая и экономическая нереализуемость указанных требований заставляет ограничиваться очисткой более грубых частиц и дифференцировать требования к чистоте в зависимости от условий эксплуатации гидроузлов.

4.Задача обеспечения высокой степени очистки жидкостей может быть решена с помощью механических гидродинамических фильтров. Вместе с тем сама регенерация фильтроэлементов данных очистителей возможна только при тонкости очистки до 25 мкм. Традиционные механические фильтры тонкой очистки обладает весьма низкой грязеемкостью.

5.Прогрессивным направлением является очистка жидкости в силовых полях – электростатическом, магнитном или центробежном. Среди очистителей, использующих силовые поля, наибольшее распространение нашли центрифуги и гидроциклона. Последние обладают своим набором как положительных, так и отрицательных качеств. Их сочетание определило на практике ограниченную область применения центрифуг – встройке их в отдельную гидравлическую систему очистки жидкости в ванне.

6.Самостоятельным перспективным направлением создания систем очистки жидкости от ферромагнитных загрязнений является использование электрогидромагнитных очистителей, которые имеют высокую степень очистки жидкости при значительных ее расходах и высокой грязеемкости.

7. Из обзора научно-технической литературы следует, что средства и способы очистки жидкостей разработаны в наибольшей мере для объемных гидромашин. Вместе с тем, указанные разработки не решают ряд проблем:

- во-первых, очистка рабочих жидкостей объемных гидромашин от ферромагнитных загрязнений;

- во-вторых, существующие очистители оказывают существенное влияние на рабочие характеристики рассматриваемых гидравлических систем, что приводит к снижению качества их работы, в частности, надежности и срока службы этих гидросистем.

8. Обзор литературы показал, что наработанные средства и способы очистки объемных гидромашин не нашли применения в практике разработки и конструирования динамических гидромашин, что заметным образом влияет на их качество работы.

9. С учетом сказанного задача совершенствования очистителей рабочих жидкостей насосов с использованием гидроэлектрических технологий является актуальной и значимой для современной практики отечественного и зарубежного машиностроения.