Математическая модель процесса очистки СОЖ от механических примесей в фильтрах и баках-отстойниках

 

Загрязнение СОЖ механическими примесями в процессе эксплуатации приводит к сокращению срока ее службы, ухудшению технологических и сопутствующих свойств СОЖ, снижению работоспособности оборудования. Особенно высокие требования к чистоте СОЖ предъявляются при использовании автоматизированного оборудования. Очистка СОЖ способствует восстановлению показателей процесса резания как при абразивной, так и при лезвийной обработке. Эффективность процесса очистки СОЖ от механических примесей характеризуется степенью и тонкостью очистки. Степень очистки-процент механических примесей, задержанных фильтровальным устройством. Тонкость очистки-максимальный размер частиц, не задержанных фильтровальным устройством [5].

Наиболее распространенные способы очистки СОЖ от механических примесей следующие:

осаждение механических загрязнений под действием силы тяжести (седиментация);

очистка в магнитном поле (только для ферромагнитных примесей);

очистка в центробежном поле;

фильтрование СОЖ через пористые или щелевые фильтрующие элементы.

Выбор технологической схемы очистки определяется прежде всего системой использования СОЖ (централизованной или индивидуальной, видом СОЖ и требованиями к качеству очистки).

Устройства, применяемые для очистки и фильтрования СОЖ:

Для очистки СОЖ используются следующие устройства: баки-отстойники, флотаторы, магнитные сепараторы и транспортеры, гидроциклоны, центрифуги, различные фильтры.

Простейшими очистителями являются гравитационные баки-отстойники, осаждение твердых частичек в которых происходит под действием силы тяжести. Эффективность очистки определяется вязкостью СОЖ, длиной пути осаждения, конструкцией бака и другими показателями. Баки-отстойники могут быть использованы для очистки СОЖ как на масляной, так и на водной основе, в основном, после чистовой обработки. Но очистка баков-отстойников от осевшего на дно шлама и стружки занимает много времени, поэтому в централизованных системах подачи СОЖ удаление загрязнений происходит с помощью скребковых транспортеров. Баки-отстойники используют в сочетании с другими устройствами очистки СОЖ (магнитными сепараторами, фильтрами-транспортерами и др.)

Баки-отстойники могут использоваться и для осуществления флотационного способа очистки. Для этого снизу в бак подают воздух, пузырьки которого, поднимаясь вверх, образуют пену и уносят с собой мелкие частицы загрязнений. Флотационный способ пригоден для очистки эмульсионных и синтетических СОЖ.

Широкое распространение получили магнитные сепараторы. Они служат для удаления ферромагнитных частиц. Преимущество их обусловлено небольшими габаритными размерами, невысокой стоимостью, непрерывностью действия и простотой обслуживания. Магнитные сепараторы пригодны для очистки СОЖ любого типа. Недостатки-невозможность использовать при обработке немагнитных материалов, низкая степень очистки СОЖ для чистовых операций.

Более высокой производительностью и степенью очистки отличаются электромагнитные сепараторы.

В гидроциклонах удаление твердых частиц осуществляется под действием центробежных сил при вращательном движения струи СОЖ. В гидроциклонах отсутствуют вращающиеся части, шлам удаляется непрерывно, можно удалять магнитные и немагнитные частицы. Гидроциклоны пригодны для очистки синтетических и эмульсионных СОЖ после чистовой и черновой и обработки.

Повышение тонкости очистки может быть достигнуто путем объединения гидроциклонов в батареи. Число гидэоаиклонов в батарее может достигать 22.

Центрифуги предназначены для тонкой очистки СОЖ. Принцип действия основан на отделении инородных примесей под воздействием центробежных сил при вращении жидкости в барабане. Центрифуги позволяют удалять магнитные и немагнитные частицы из синтетических, эмульсионных и масляных СОЖ. Используются только при индивидуальной подачи СОЖ к станку ввиду низкой производительности.

Фильтры различной конструкции сочетают в себе возможность получения высокой производительности, высокого качества очистки и высокой степени автоматизации.

Для особенно загрязненных СОЖ применяют гильзовые фильтры, в которых фильтровальная бумага размещена внутри сетчатого металлического баллона.

Тонкую очистку (при хонинговании, суперфинишировании) позволяют производить намывные фильтры, обеспечивающие тонкость очистки до 0,5 мкм и меньше. Разработаны намывные фильтры, обеспечивающие степень очистки 99% при тонкости 3 мкм.

На операциях, сопровождающихся большим съемом металла, применяют мешочные фильтры. Тонкость очистки в мешочных фильтрах достигает 5 мкм.

Современная технология очистки должна обеспечивать очистку СОЖ от частичек загрязнения размером от 10 до 0,2 мкм при степени очистки 0,95. Обеспечить такие жесткие требования можно только путем применения многоступенчатой очистки. На первой ступени отделяются частицы размером до 100 мкм (баки-отстойники, магнитные сепараторы, сетчатые фильтры и др.); на второй ступени удаляются частицы с размером 20-100 мкм (батареи гидроциклонов, ленточные фильтры, магнитные сепараторы). Затем отделяются частицы размером 20-0,2 мкм (центрифуги, фильтры с намывными слоями, флотаторы).

Многоступенчатый цикл очистки целесообразно использовать как при централизованной, так и при индивидуальной подаче СОЖ к станку [5].

Фильтр представлен как элемент, влияющий только на концентрацию (С_i i=1,2..5) и дисперсный состав (d_i i=1,2..5) примесей. Каждый фильтр имеет постоянный параметр C_Фi, концентрацию примесей после прохождения фильтра можно вычислить по формуле

 (2.2)

 

Параметр C_Фi зависит от типа фильтра. Характеристики фильтров приведены в таблице 2 (см. приложение 1).

При выборе типа очистителя, системы очистителей или схем очистки учитывается ряд факторов, определяющих возможность и технико-экономический уровень их использования: качество очистки, производительность, универсальность, надежность, стоимость и затраты на эксплуатацию. В индивидуальных (ИС) и централизованных (ЦС) системах подачи СОЖ нашли применение очистители различных типов, которые классифицируют на две группы: силовые очистители и очистители с пористой или щелевой перегородками.

Коэффициент очистки К_a оценивает степень приближения качества очистки жидкости к допустимому значению загрязненности СОЖ механическими примесями [Со].

При нормальном функционировании системы или элемента К_a < 1. Индекс a можно заменить численным значением допустимого содержания механических примесей в очищенной СОЖ в %.

Связь между e (степень очистки) и К_a выражается зависимостью

 

,

 

где С_И - исходная загрязненность СОЖ.

Параметр К_a в отличие от e дает абсолютную оценку эффективности работы каждого очистного устройства или всей системы [1].

Для вычисления начальных размеров бака отстойника воспользуемся приведенными ниже формулами (в дальнейшем эти размеры будут корректироваться в зависимости от конкретных условий, с помощью программного продукта и расчетов, проведенных в ANSYS).

Длина L (м) может быть определена по формуле

 

 , (2.3)

 

где v_P- средняя расчетная скорость жидкости в проточной части отстойника в горизонтальном направлении, см/с (принимается равной 0,5-2 см/с), W_S^cp-средневзвешенная гидравлическая крупность твердых частиц (принимается равной 40 см/с), Н - высота проточной части отстойника (от границы нейтрального слоя до верхнего уровня СОЖ, м принимается равной 1-3 м в зависимости от производительности системы).

Найденное значение длины бака проверяется по соотношению

 

. (2.4)

 

При малом L, найденном по формуле, его значение увеличивают до L=3H, что повышает надежность системы.

Общая высота бака-отстойника может быть найдена по формуле

 

H_O=H_H +H +H_Б , (2.5)

 

где H_H -высота нейтрального слоя (оси всасывания) до дна бака; принимается равной 0,2-0,3 м; H_Б -высота борта отстойника над поверхностью СОЖ, принимается равной 0,3 м.

Фактическую горизонтальную скорость движения v_Ф (см/с) жидкости в сторону всасывания определяют по формуле

, (2.6)

 

где Q- расчетный расход СОЖ в системе, м³/ч; B- ширина отстойника, м; принимается из соотношения B=(1,5-5)Н.

Если , то система будет работать надежно; если , то необходимо увеличить значения В или Н.

Рассмотрим более подробно как ведет себя СОЖ в баках-отстойниках. Для этого рассмотрим турбулентное движение жидкости.

 

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: