Сельское хозяйство /2. Механизация сельского хозяйства

Фітель І.В., магістрант

Львівський національний аграрний університет

удосконалений паливний фільтрувальний елемент для дизелів

Для очистки дизельного палива застосовуються різноманітні матеріали, що мають широкий діапазон експлуатаційних показників і фізико-хімічних властивостей, виготовляються із застосуванням різних технологічних процесів з різної вихідної сировини. Класифікація фільтрувальних матеріалів проводиться за принципом їх роботи (поверхневі і об'ємні), за фізико-механіч-ними властивостями (такі, що стискаються і не стискаються, гнучкі і жорсткі) і т.д. Найбільший практичний інтерес викликає класифікація фільтрувальних матеріалів за їх геометричною будовою. Будову всіх фільтрувальних матеріалів можна звести до двох геометричних структур – волоконної, яку можна представити у вигляді сукупності циліндричних стрижнів правильної або довільної орієнтації, і глобулярної, яка складається з сукупності циліндричних частин різного або однакового діаметра з різною густиною пакування.

Волокна застосовуються у чистому вигляді і в різних поєднаннях під час виготовлення таких матеріалів як сітки, тканини, неткані текстильні матеріали, картон і папір, повсть і фетр, волоконні стрічки, а також використовуються для виготовлення набивних і навивних фільтрів. Волокна за своїм походженням діляться на природні, штучні і синтетичні, а за хімічним складом – на органічні і неорганічні.

Папір і картон стають останнім часом найпоширенішими матеріалами для очистки палив. Папір для цієї мети виготовляють з бавовняних волокон або деревної целюлози. Переваги паперу і картону – низька вартість порівняно з іншими матеріалами, простота виготовлення і легкість технологічної обробки під час виробництва фільтрувальних елементів, можливість повної утилізації без шкідливих екологічних наслідків, наявність необмежених сировинних ресурсів. Недолік – порівняно невисока міцність і можливість набухання за наявності в паливі води. Ці недоліки частково усуваються шляхом просочення паперу (наприклад, спиртовим розчином бакелітового лака).

Розгляд вимог до фільтрувальних матеріалів і аналіз техніко-економічних показників цих матеріалів показує, що для фільтрування дизельного палива в системах живлення двигунів доцільно як основний матеріал для виготовлення фільтрувальних елементів використовувати фільтрувальний папір, що підтверджується широкою практикою впровадження в машинобудування фільтрів на основі спеціальних видів паперу і картону.

Фільтрувальні елементи (ФЕ) є основною частиною фільтру і забезпечують виконання його функціонального призначення – очищення палива від забруднень. Конструкція ФЕ залежить від властивостей матеріалів, що використовуються під час їх виготовлення. У зв'язку з тим, що приведений аналіз існуючих фільтрувальних матеріалів показав доцільність використання для вирішення поставлених задач фільтрування паперу, обмежимося розглядом тільки конструкцій паперових фільтрувальних елементів.

Найпоширеніші паперові і картонні ФЕ патронного типу. Гладкі циліндричні фільтрувальні елементи на даний час в чистому вигляді практично не застосовуються, оскільки володіють досить низьким ресурсом роботи через швидке забивання пористої перегородки частинками забруднень, хоча така конструкція значно простіша у виготовленні і дешевша, ніж інші варіанти паперових фільтрувальних елементів.

Найчастіше під час очистки палив використовують зіркоподібні елементи з вертикальними гофрами, що пояснюється можливістю повністю автоматизувати процес їх виготовлення. Інші типи фільтрувальних елементів (складчастий, гвинтовий, спірально-складчастий, пакетований, і т.д.) значно складніші за конструкцією і мають вищу трудомісткість виготовлення.

У паливних системах дизелів для тонкої очистки палива широко застосовуються фільтри із змінними фільтруючими елементами поверхневого типу. При цьому традиційно використовуються ФЕ з фільтруючими зіркоподібними шторами із спеціального фільтрувального паперу і картону.

Поверхня фільтрувальної штори для зіркоподібного гофрування:

S_з = 2×n×h_з ×H, (1)

де n – кількість гофрів, n = pd/t, шт.; t – крок гофрування штори, мм; h_з –ширина гофрів, h_з = (D – d) / 2, мм; Н – висота фільтрувального елемента, мм.

Тому

. (2)

Дослідженням на екстремум [1] свідчать, що максимальна поверхня фільтрування зіркоподібного ФЕ одержується при D / d = 2:

. (3)

Для підвищення ресурсу зіркоподібного ФЕ необхідна модернізація його шляхом збільшення поверхні фільтрування в межах одного і того ж типорозміру.

З цією метою в об'ємі зіркоподібного фільтрувального елемента гофри більшої радіальної висоти вкладаються спірально. Для виключення злипання гофрів під тиском забрудненої штори, вони оснащуються пористими дренажними вставками (рис. ).

Поверхня фільтрування спірального ФЕ визначається з виразу:

S_с = 2×n×h_с ×H, (4)

де h_c – радіальна висота гофри у вільному стані; n = pd / t – кількість гофрів.

Максимальна поверхня фільтрування спірального ФЕ при d = D / 2 визначається з формули:

. (5)

Порівнюючи поверхні фільтрування за формулами (4) і (5) за однакових параметрів D, H, t, при h_c = d = D / 2 одержуємо:

.

Теоретично запропонована конструкція ФЕ із спіральними гофрами дозволяє подвоїти поверхню фільтрування порівняно з ФЕ із зіркоподібними гофрами.

Розрахунок показує [1], що складчасті і пакетовані штори дозволяють розмістити в 1,5 рази більшу поверхню порівняно із зіркоподібними.

Не вивчений варіант модернізації зіркоподібних штор шляхом спірального укладання прямих гофрів збільшеної ширини з метою збільшення поверхні фільтрування, що може скласти задачу подальших досліджень в цьому напрямі вдосконалення паливних фільтрів.

Пропонована конструкція спірального фільтрувального елемента тонкої очистки палива дозволяє в 1,74 рази підвищити його номінальну пропускну спроможність порівняно з серійним зіркоподібним ФЕ і в 2,1 рази підвищити ресурс.

Література

1. Удлер Э.И. Фильтрация нефтепродуктов / Э.И. Удлер. – Томск: Изд-во Томск. ун-та, 1988. –215 с.