CC BY
118
16. Бурый А.С., Квасницкий В.Н. Когнитивный подход к анализу сетевых коммуникаций [Электронный ресурс] // Информационно-экономические аспекты стандартизации и технического регулирования: Научный интернет-журнал. 2013. - № 6(16). Режим доступа http://iea.gostinfo.ru/files/2013_06/2013_06_01.pdf
17. Ломакин М.И., Королев П.П. Современная структура и особенности развития продуктов интеллектуального капитала [Электронный ресурс] // Информационно-экономические аспекты стандартизации и технического регулирования: Научный интернет-журнал. 2012. - № 1(5). Режим доступа http://iea.gostinfo.ru/ files/2012_01/2012_01_06.pdf
18. Ершов А.С., Дрогобыцкая К.С., Докукин А.В. Современные социально-информационные факторы совершенствования цепей создания ценности // Транспортное дело России, 2013. - № 4.
19. Ершов А.С., Докукин А.В. Краудсорсинговые механизмы проектирования высокотехнологичной продукции. - М.: СТАН-ДАРТИНФОРМ, 2013.
20. Докукин А.В., Борцова Д.Э. Информационное обеспечение взаимодействия государства и потребителей в процессе контроля качества и безопасности продукции // Транспортное дело России, 2013. - № 1.
21. Коровайцев А.А., Ломакин М.И., Докукин А.В.Экономические проблемы взаимосвязи квалиметрии и метрологии на примере измерений параметров качества бытовой аудио- и аудиовизуальной техники// Мир измерений, 2014. -№ 1.
22. Коровайцев А.А., Ломакин М.И., Докукин А.В. Социально-экономические аспекты распространения стандартов //Стандарты и качество, 2014. - № 1.
УДК 541.311:614.84
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОЧИСТКИ
МАГНИТНОГО ГИДРОЦИКЛОНА
Авдеев Б.А., аспирант кафедры электрооборудования судов и автоматизация производства (ЭСиАП), Керченский государственный морской технологический университет, тел.: +7 (978) 776-97-96, e-mail: [email protected] Голиков С.П., канд. техн. наук, доцент кафедры ЭСиАП, проректор, Керченский государственный морской технологический университет, тел.: +7 (978) 817-16-88, e-mail: [email protected]
Проведены экспериментальные исследования эффективности очистки жидкости от металлических примесей в гидроциклоне с наложенным магнитным полем. Эксперимент проводился при изменяющихся условиях. Менялся ток в катушке (0, 1, 1,5, 2 А) и, соответственно, менялась напряженность поля в рабочей камере гидроциклона. В качестве среднего размера частиц использовались металлические порошки со средними диаметром в 35, 45 и 55 мкм. Т.к. КПД аппарата изменяется в зависимости от концентрации входных примесей, то концентрация также изменялась (10, 20, 50 г/м3) для доказательства того, что магнитные гидроциклоны работают более эффективно с высокой концентрацией на входе. Данные, полученные в результате эксперимента, были сравнены с расчетными. Погрешность не выходит за рамки допустимой, что доказывает пригодность формул для расчета эффективности очистки жидкости от металлических примесей магнитных гидроциклонов.
Ключевые слова: магнитный гидроциклон, коагуляция, эффективность, эксперимент.
EXPERIMENTAL STUDY OF EFFICIENCY MAGNETIC HYDROCYCLONE
Avdeev B., the post-graduate student, Electrical equipment of ships and manufacturing automation chair, Kerch State Marine Technical University Golikov S., Ph.D., assistant professor of the Electrical equipment of ships and manufacturing automation chair, prorector, Kerch State Marine
Technical University
Experimental study of cleaning fluid from the metallic impurities in a hydrocyclone with a magnetic field were carried out. The experiment was conducted under varying conditions. Current in the coil (0, 1, 1.5, 2 A) and changed accordingly and the field strength in the working chamber of the hydrocyclone were changed. As the average particle size of the used metal powders having an average diameter of35, 45 and 55 microns. Because efficiency apparatus varies depending on the concentration of impurities of the input, then also the concentration in the experiment varied (10, 20, 50 g / m 3), to prove that the magnetic hydrocyclones operate more efficiently with a high concentration at the inlet. Data was obtained from the experiment were compared with the calculated values. The error does not go beyond permissible, which proves the usefulness of the formulas for calculating the efficiency of the cleaning liquid metal impurities magnetic hydrocyclones.
Keywords: magnetic hydrocyclone, coagulation, efficiency, experiment.
Введение
В статье приведены экспериментальные исследования степени очистки магнитного гидроциклона при различных условиях работы. Несмотря на то, что аппараты инерционного типа используются более века, процесс сепарации до сих пор не раскрыт полностью. Особенно это актуально для комбинированных устройств, таких как магнитные циклоны и гидроциклоны.
Постановка проблемы
Основным типом двигателя на всех современных судах является дизель. Расходы на эксплуатацию судовую энергетическую систему (топливо, масло, техническое обслуживание и ремонт) составляют до 70% от общих затрат на судне. Двигатель внутреннего сгорания потребляет огромное число моторного масла; например, для дизеля ДГРА 500/500-1 мощностью в 500 кВт необходимо 500 л смазки [1]. Поэтому значительную роль в решении проблемы экономии и рациональному использованию топливно-энергетических ресурсов отводят применению высокоэффективных средств и систем очистки топлив и масел. Сокращение потребления ГСМ, в свою очередь, тесно связано с улучшением их качества и повышением эффективности использования.
Основными механизмами извлечения примесей из вязких сред
являются действие сил гравитации (осадители, отстойники); инерции (циклоны, гидроциклоны, скрубберы, центрифуги); ситовый эффект (фильтры) и сепарация под действием внешнего воздействия (сепараторы, классификаторы). В связи с тем, что механические примеси часто являются металлическими, то целесообразно применять магнитное поле для интенсификации процесса извлечения магнитных частиц [2].
Информационный анализ исследований и публикаций
В качестве яркого примера успешного применения магнитных полей с традиционными методами очистки может служить магнитный гидроциклон (МГЦ). Существуют различные конструкции этих аппаратов, однако наибольшую популярность получили гидроциклоны с радиальным магнитным полем, представленный на рис. 1 [3].
Магнитный гидроциклон с радиальным полем работает следующим образом: очищаемая жидкость подается через питающий патрубок под давлением и тангенциально вводится в зону сепарации, в которой образуется два вращающихся потока - в периферийной зоне поток, вращаясь с большой скоростью, спирально по стенке опускается к шламовому отверстию, а в конусной части образуется вихревой, восходящий поток жидкости. Под действием
центробежной силы частицы отбрасываются к стенкам аппарата и с нисходящим потоком опускаются в бункер. Очищенная жидкость поступает вверх через выходной парубок. Магнитное поле создается катушкой, расположенной на выходном патрубке. В качестве магни-топровода выступает сам выходной патрубок, крышка и внутренняя стенка гидроциклона. В магнитном поле частицы коагулируют и укрупняются, тем самым увеличивается центробежная сила, отбрасывающая частицы к стенки и, соответственно, повышается эффективность очистки.
магнитного гидроциклона Таблица 1. Основные характеристики экспериментального
Рис. 1. Гидроциклон с радиальным магнитным полем
Основная часть
Магнитное поле не нарушает движение жидкости в гидроциклоне и не изменяет перепада давления в аппарате, поэтому вопросы не связанные с эффективностью рассматриваться не будут.
Наложение магнитного поля незначительно увеличивает материальные затраты на изготовление и эксплуатацию при существенном повышении эффективности очистки.
Экспериментальная установка (рис. 2) состоит из бака с загрязненной жидкостью 1, центробежного насоса 2, создающего давление на входе гидроциклона 3. Очищенная вода поступает в сливной бак 4; уловленные примеси попадают в бункере 5. Для контроля гидравлической системы имеются манометры 6 и расходометр 7. Перепускные клапана 8 служат для ввода в работу и вывода из неё экспериментальной установки.
Отличительной особенность экспериментального гидроциклона является то, что внешний контур магнитопровода выполнен из узких полосок, как в патенте ИЛ 85261 [4].
Внешний вид экспериментальной установки показан на рис 3. Основные характеристики МГЦ сведены в табл. 1.
Характеристики МГЦ Значение
Диаметр цилиндрической части, мм 70
Высота входного патрубка, мм 27(31)*
Ширина входного патрубка, мм 12
Диаметр выходного патрубка, мм 27
Диаметр шламового патрубка, мм 20
Высота цилиндрической части, мм 75
Высота общая, мм 150
магнитного гидроциклона
* В скобках дано значение с учетом толщины стенок Рис. 3. Внешний вид экспериментальной установки
В качестве загрязняющих примесей было выбрано мелкодисперсное железо, взвешенное в воде. В эксперименте применялись порошки со средними размерами в 35, 45 и 55 мкм. Порошки были получены следующим путем (на примере порошка с ёН"35 мкм): первоначально порошок просеивался через сито в 30 мкм; то, что осталось в сито, просеивалось в следующем сито с размером ячеек в 40 мкм. Итогом являются частицы, со средним размером в 35 мкм. Аналогичным образом были получены 45 и 55 мкм.
Концентрация на входе задавалась и менялась в зависимости от эксперимента, концентрация на выходе контролировалась следующим способом: производится забор очищенной жидкости в пятидесятимиллимлитровую пробирку. В лаборатории весовым методом определялась масса железа, по которой находилась концентрация на выходе:
т
С
Рис. 2. Экспериментальная установка по исследованию
50 т/ (1)
где т - масса железа в пробирке, кг; VS0шl - объем пробирки, равный 50 мл.
Испытания магнитного гидроциклона проводились при различных токах в катушке, концентрации на входе и размере механических
Диаметр частиц с1, мкм Ток в катушке, А
0 1 1,5 2
25 25,45 21,19 34,04 37,71
22,14 29,26 31,09 32,19
35 30,17 64,91 51,44 74,34
43,39 63,08 68,11 71,12
45 66,34 87,65 78,99 91,2
71,72 100 100 100
примесей. Данные представлены в таблицах 2-4.
Диаметр частиц с1, мкм Ток в катушке, А
0 1 1,5 2
25 16,125 28,25 32,56 23,875
22,35 31,115 33,43 34,835
35 44,995 58,72 63,82 62,155
43,415 68,3025 71,295 78,425
45 73,17 78,72 72,485 88,2
71,89 100 100 100
П =
С - С
_ ^1п ^РгЛ
С
(3)
По исходным данным с применением формул (2) были рассчитаны степень очистки, поэтому ячейка разбита на 2 части: вверху - экспериментальные данные, внизу - теоретические.
Как можно видеть из полученных данных, эффективность в 100% не наблюдается в тех случаях, когда теоретические расчеты показывают их. В реальности КПД аппарата никогда не будет достигать этого значения из-за сложного характера течения жидкости в рабочей камере. В случае, когда степень очистки з<90% относительная погрешность не превышает отметку в 10%. Таким образом, можно заявить о пригодности формул (2) и (3) для расчета эффективности МГЦ.
Эффективность очистки увеличивается при увеличении концентрации на входе [7,8]. Это объясняется тем, что при большой концентрации, расстояние между частицами мало и соответственно частицы быстрее и больше коагулируют между собой, увеличивая центробежную силу за счет увеличения массы.
Выводы
Проведены экспериментальные исследования по определению эффективности очистки жидкости от металлических примесей в гидроциклоне с наложенным магнитным полем. Изменялось значение напряженности поля, размеры частиц и концентрация на входе. Полученные данные были сравнены с расчетными и относительная погрешность не превысила 10%, что доказывает пригодность формул для расчета КПД магнитных гидроциклонов.
Таблица 2. Эффективность очистки (эксперимент/теория)
Диаметр частиц с1, мкм Ток в катушке, А
0 1 1,5 2
35 39,49 81,87 82,006 91,928
43,66 77,34 85,932 91,082
45 94,862 97,488 97,11 98,024
97,218 100 100 100
55 96,884 97,862 98,862 99,12
100 100 100 100
в магнитном гидроциклоне при входной концентрации С1п=10 г/ м3 П
Таблица 3. Эффективность очистки в % (эксперимент/теория) в магнитном гидроциклоне при С1п=20 г/м3 Таблица 4. Эффективность очистки в % (эксперимент/теория) в магнитном гидроциклоне при С1п=50 г/м3 Эффективность очистки в магнитном гидроциклоне определяется по следующим формулам [5, 6]:
2-к- N • пя -(р-р ) иы ■ £
П =---—-
9-- Д,) .
9-|
ПРг = 1 +
Ч' Р
1 - 31
(2)
' П ^
9-| ¿Г Р
2 - п2-|у ж2-Н2
3-Р
9-1 ¿Г Р
где N - число витков, совершаемые нисходящим потоком, о.е.; П - число частиц во флокуле, ед.; сг - плотность среды, кг/м3; с -плотность частицы, кг/м3; иь - входная скорость жидкости, м/с; ц - коэффициент кинематической вязкости, м2/с; D0 - диаметр выходного патрубка, м; D - внешний диаметр гидроциклона, м; ирМа[ - максимальная скорость соударения частиц при их коагуляции, м/с; ё - диаметр шарообразной частицы, м; м0 - магнитная постоянная, равная 4-р-10-7, Гн/м; ж - магнитная восприимчивость частиц, б/р; Н - напряженность магнитного поля, А/м и А/м2.
Эффективность очистки для экспериментальных данных определяется следующим путем:
Литература:
1. Судовые дизель-генераторы [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://dieselmash.com.ua/sudoviedizel-generatori.htm
2. Александров Е.Е., Кравец И.А., Лысиков Е.Н. [и др.] Повышение ресурса технических систем путем использования электрических и магнитных полей. 2006. С. 544.
3. Масюткин Е.П. Просвирнин В.И., Авдеев Б.А. Очистка технических жидкостей от магнитных примесей в инфраструктуре водного транспорта // Рыбное хозяйство Украины. 2012. № 3 (80). С. 40-49.
4. Пат. иА 85261, МПК В04С 5/24, Магштний пдроциклон / Просвiрнiн В.1., Масютюн £.П., Авдеев Б.О., Просвiрнiна Е.В., Масютюн Д.е. (иА). - и 2013 07331; Заявл. 10.06.2013; Опубл. 11.11.2013; Бюл. № 21.
5. Масюткин Е. П. Анализ основ теории и методов расчета гидроциклонов с силовыми полями электрической природы (продолжение) [Текст] / Е. П. Масюткин, В. И. Просвирнин, Б. А. Авдеев // Рыбное хозяйство Украины. - Керчь : КГМТУ, 2011. - № 1 (78). - С. 34-38.
6. Масюткин Е.П. К расчету магнитного гидроциклона / Е.П. Масюткин, В.И. Просвирнин, Б. А. Авдеев // Проблемы энергосбережения и механизации в горно-металлургическом комплексе: материалы VII междунар. науч.-техн. конф., 8 мая 2012 г. - Кривой Рог : КНУ, 2012, - С. 89-94.
7. Безменникова Л.Н. Диагностический комплекс для оптимизации срока службы энергоустановок / Л.Н. Безменникова, С.Г. Чёрный // Водный транспорт. - 2014. - № 1 (19). - С. 7-10.
8. Голиков С.П. Математическое моделирование элементов тралового комплекса / С.П. Голиков, Н.В. Ивановский, С.Г. Чёрный, Н.П. Сметюх, О.С. Скидан // Водный транспорт. - 2013. - № 2 (17). - С. 181-190.
ТЯАШРОЯТ БШШБЗБ Ш Яи881А | №5 2014 | 103
