Семернин А.Н., Семернин Н.А., Кокаев У.Ш., Нармаганбетов С.А.

 

Таразский государственный университет имени М. Х. Дулати, Казахстан

 

РАСЧЕТ  ПАРАМЕТРОВ ФИЛЬТРОВ-ВОДООТДЕЛИТЕЛЕЙ

 

 

 

В настоящее время в системах топливоподачи дизельных двига­телей широко используются фильтры-водоотделители (ФВ) комби­нированного типа.

Принцип работы ФВ основан на фильтрации и гравитационном отстаивании капель воды.

После прохождения топлива через ФВ капли воды укрупняются до необходимых размеров, которые затем эффективно осаждаются в отстойную зону [1].

Эффективность осаждения во многом зависит от правильно по­добранных конструктивных параметров ФВ.

Ниже приведены основные формулы для расчёта параметров ФВ и топливопроводов системы топливоподачи. Приведённые зави­симости можно использовать для расчёта ФВ дизельных двигателей любого типоразмера.

Ширина кольцевого зазора.

Расчёт конструктивных параметров ФВ сводится к определе­нию оптимальной ширины кольцевого зазора между корпусом и водоотделяющим элементом, высоты элемента и корпуса, и объёма отстойной зоны (рисунок 1). Для случая, когда поток топлива в ФВ носит ламинарный характер, в ФВ не возникают вихревые возму­ще­ния потока, действующие на осаждающиеся капли воды. В этом слу­чае для эффективного осаждения капли в отстойную зону необхо­димо, чтобы выполня­лось условие:

 

                   , м/с                                                                     (1)

или

                   , м/с                                                                     (2)

 

где Vос – скорость осаждения капли воды в топливе, м/с;

Vп – скорость потока топлива через кольцевой зазор, м/с;

Q – пропускная способность ФВ, м3/с;

Sк – площадь кольцевого зазора между корпусом и элементом, м2.

Таким образом, осаждение капель под действием силы тяжести начинается тогда, когда их размеры достигнут величины, при кото­рой сила тяжести будет больше силы динамического воздействия по­тока топлива. Оптимальный зазор между корпусом и коагулирую­щим элементом определяют исходя из заданной пропускной способ­ности ФВ.

Площадь кольцевого зазора определяется по формуле:

 

                   , м                                      (3)

 

где Rк – радиус корпуса фильтра-водоотделителя, м;

r1 – радиус элемента, м.

Преобразуем формулу, выразив радиус корпуса через радиус элемента и ширину кольцевого зазора (b). В результате преобразова­ния получаем выраже­ние:

 

                                                     (4)

 

Полученное выражение (4) подставляем в формулу (2) и про­ведя ряд преобразований получаем уравнение:

 

                                                                       (5)

 

 

Рисунок 1. Схема расчёта конструктивных параметров фильтра-водоотделителя

 

Полученное уравнение (5) представляет собой приведённое квадратное уравнение вида:

                                                                                    (6)

 

Решая уравнение (6) относительно (b) получаем:

 

                   ,                                                      (7)

 

Для случая, когда задан радиус водоотделяющего элемента, ширину коль­цевого зазора можно определить по формуле:

 

                   , м                                                     (8)

 

При заданном радиусе корпуса фильтра-водоотделителя можно использо­вать формулу:

 

                   , м                                                  (9)

 

Анализ полученных выражений (8) и (9) показывает, что ши­рина кольцевого зазора главным образом зависит от диаметра капель воды, вышед­ших из пористой перегородки, то есть, чем больше раз­мер капель, тем меньше ширина кольцевого зазора, необходимая для их эффективного осаждения.

При увеличении пропускной способности ФВ необ­ходимо уве­личивать и ширину кольцевого зазора. Это обусловлено тем, что с увеличением пропускной способности возрастает сила динамиче­ского воздей­ствия потока топлива на каплю воды, которая стремится вынести каплю из кор­пуса ФВ. Ширина кольцевого зазора зависит также от плотности и вязкости топлива: для вязких топлив ширина кольцевого зазора должна быть больше, чем для менее вязких топ­лив.

Следовательно, необходимая ширина кольцевого зазора опре­деляется кон­кретно для каждого ФВ, исходя из заданной пропускной способности, марки топлива, габаритных размеров водоотделяющего элемента и размеров капель, выходящих из коагулирующей перего­родки.

 

Список использованной литературы

 

1. Семернин А. Н., Семернин Н. А. Совершенствование системы топ­ливоподачи технологических машин на базе автомобилей КамАЗ: аналитический обзор. – Тараз: Жамбылский ЦНТИ, 2009. – 24 с.

2. Семернин А. Н. Конструкции и принцип работы устройств для контроля и удаления воды из отстойных зон: аналитический обзор. – Тараз: Жамбылский ЦНТИ, 2007. – 23 с.

3. Семернин А. Н., Аширов Ф. А., Мирошниченко В. В. Анализ сис­тем очистки топлива: аналитический обзор. – Тараз: Жамбылский ЦНТИ, 2007. – 20 с.