Разработка комбинированного фильтра-сепаратора для судовой энергетической установки и основ его проектирования

• Автор: Валиулин, Сергей Сергеевич
• Шифр специальности: 05.08.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 121 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Г лава 1. Анализ уровня разработок в области фильтрующих устройств и разделения двухфазных сред
1.1.Физические принципы работы фильтрующих устройств и их математическое описание
1.2.Конструктивные принципы обеспечения эффективной и стабильной работы фильтрующих устройств
1.3. Выводы. Цель и задачи исследования
Глава 2. Разработка комбинированного фильтра - сепаратора и математическое моделирование рабочего процесса в его проточной части
2.1. Разработка гидравлической схемы и конструкции
2.2. Постановка и решение задачи математического моделирования сред в фильтре-сепараторе
2.3. Особенности численной реализации математической модели
2.4. Результаты математического моделирования течения рабочих сред в фильтре-сепараторе
2.5. Выводы по главе
Глава 3. Экспериментальные исследования характеристик комбинированного фильтра-сепаратора
3.1. Задачи и методика проведения экспериментальной работы
3.2. Определение характеристик дисперсного загрязнителя с нормированными параметрами
3.3. Результаты экспериментального исследования характеристик фильтра-сепаратора
3.4. Выводы по главе
Глава 4. Основные положения методики проектирования судового фильтра-сепаратора
4.1. Конструкция и общая компоновка
4.2. Рекомендуемый параметрический ряд судовых фильтров- 101 сепараторов
4.3 Алгоритм проектирования и расчёта судового комбинированно- 108 го ФС
4.4 Практическое применение результатов исследования
4.5 Выводы по главе 1'
Общие выводы * 1
Библиографический список используемой литературы
Приложение

ВВЕДЕНИЕ
Одним из важнейших требований по обеспечению надёжности судовых энергетических установок (СЭУ) является поддержание спецификационных параметров рабочих тел систем СЭУ.
В большинстве общесудовых систем и систем СЭУ в качестве рабочих жидкостей используются вода, масло, дизельное топливо, нефтепродукты и др. Все они в общем случае являются неоднородными (гетерогенными) и состоят из двух и более фаз. Например, в воде наружного контура охлаждения двигателей может присутствовать твёрдая дисперсная фаза - частицы песка, органические продукты и газовая фаза - в виде пузырьков воздуха. Положительную технологическую функцию практически всегда выполняет основная сплошная жидкая фаза. Дисперсные включения во всех важных случаях ухудшают работу систем. Так, твёрдые частицы в системе охлаждения, оседая в трубопроводах, теплообменниках и регулирующих органах, ухудшают их гидравлические характеристики, приводят к заклиниванию арматуры, снижают эффективность теплообменных аппаратов и т.п.
Постоянное или периодическое удаление из судовых технологических жидкостей посторонних дисперсных включений - одна из важных задач обеспечения безотказной и долговечной эксплуатации энергетических установок.
Изготовители элементов систем, как правило, указывают нормированные параметры жидкостей и требуют их соблюдения. Несмотря на то, что в настоящее время на флоте применяется большое число специализированных устройств для разделения неоднородных систем и удаления посторонних включений, задачу очистки рабочих жидкостей нельзя считать решённой. Свидетельством этого являются загрязнения систем охлаждения с перегревом главных и вспомогательных двигателей, загрязнение топливной аппаратуры с заклиниванием плунжерных пар, загрязнение систем смазывания с «задирами» пар трения и т.п.

Значительный вклад в решение указанных проблем внесли отечественные и зарубежные специалисты: Дытнерский Ю.И., Протодьяконов И.О., Чесноков Ю.Г., Теверовский Е.Н., Дмитриев Е.С., Лазорев В.А., Васькин С.В., Минц Д.М., Ferziger, J. H., Rhie, С.М. и др.
Сложность создания эффективных и стабильно работающих судовых разделительных элементов связана с рядом физических особенностей, в том числе:
-полидисперсностью посторонних частиц, т.е. значительной разницей их размеров и форм;
-вариацией плотности и твёрдости частиц;
-вариацией физико-механических свойств, в т.ч. адгезией к стенкам аппаратов, склонности к коагуляции;
-склонностью к созданию достаточно плотного осадка, дестабилизирующего работу разделительных элементов и др.
В составе СЭУ наибольшее распространение нашли два основных типа фильтрующих устройств: сепараторы и механические фильтры. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки. Попытки преодоления отрицательных свойств и усиления достоинств являются движущей силой при создании новых фильтрующих аппаратов. Однако, задача создания фильтрующих устройств, сочетающих преимущества сепараторов и механических фильтров, до настоящего момента не имела эффективного решения.
Цель работы. Целью работы является создание эффективного судового комбинированного фильтра-сепаратора(ФС) и теоретических основ его расчёта и проектирования.
Задачи исследования. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
-разработка эффективной гидродинамической схемы и устройства судового комбинированного ФС;
-разработка математических моделей течения загрязнённой среды в элементах ФС;
-экспериментальное исследование эффективности работы ФС;

Flamco кольца
Рисунок 1.22- Flamco фильтр.
Производитель предлагает три типа сепараторов:
а) Flamcovent сеператор воздуха;
б) Flamcovent Clean сепаратор;
в) Flamcovent Clean комбинированный сепаратор шлама и воздуха.
По заявлениям производителей Flamcovent обеспечивает удаление пузырьков воздуха размером от 18 мкм и твердых частиц размером того же порядка.
Фирмой Spirovent /68/ производиться серия сепарирующих аппаратов, работающих на аналогичных принципах и способных выделять из жидкости взвешенные частицы и пузырьки газов. Отличие заключается в устройстве и форме элементов, осуществляющих торможение потока. Сепараторы Spirovent имеют герметичный вертикально установленный цилиндрический корпус (рис. 1.23), в котором расположена плотно упакованная система Spiro