Книги по разным темам
Pages: | 1 | 2 | На правах рукописи
ЕРШОВА ЕЛЕНА СЕРГЕЕВНА РАЗРАБОТКА ОПТИМАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ МОТАЛЬНОЙ ПАКОВКИ ЗАМКНУТОЙ НАМОТКИ ДЛЯ ФИЛЬТРОВ Специальность 05.19.02 Технология и первичная обработка текстильных материалов и сырья
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук
Москва - 2008 2
Работа выполнена на кафедре ткачества Государственного общеобразовательного учреждения высшего профессионального образования Московский государственный текстильный университет имени А.Н.Косыгина.
Научный консультант:
доктор технических наук, профессор Юхин Сергей Семёнович
Официальные оппоненты:
доктор технических наук, профессор Карева Татьяна Юрьевна кандидат технических наук, доцент Ликучева Анастасия Анатольевна Ведущая организация Государственное общеобразовательное учреждение высшего профессионального образования Костромской государственный технологический университет.
Защита состоится л 9 октября 2008 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.139.02 при Государственном общеобразовательном учреждении высшего профессионального образования Московский государственный текстильный университет имени А.Н.Косыгина по адресу: 119071, Москва, улица Малая Калужская, дом 1.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного общеобразовательного учреждения высшего профессионального образования Московский государственный текстильный университет имени А.Н.Косыгина.
Автореферат разослан л 5 сентября 2008 г.
Ученый секретарь диссертационного совета Доктор технических наук, профессор Шустов Ю.С.
3 АННОТАЦИЯ В диссертационной работе изложены результаты теоретических и экспериментальных исследований, проведенных с целью определения оптимальных технологических параметров изготовления мотальных паковок замкнутых намоток для фильтров.
Предложен метод определения параметров строения мотальных паковок замкнутых намоток от профиля (щелевидности) пор.
В работе получены математические модели, определяющие взаимосвязь между технологическими параметрами изготовления мотальных паковок замкнутых намоток и параметрами их строения.
Составлена программа расчета мотальных паковок замкнутых намоток для очистки водных суспензий от взвешенных частиц фракций заданной крупности на основе изучения геометрических и гидравлических характеристик поровых каналов.
Проведены исследования влияния параметров строения и технологических параметров изготовления мотальных паковок для фильтров на их свойства.
В диссертационной работе определены оптимальные технологические параметры изготовления мотальных паковок замкнутых намоток для фильтров.
АВТОР ЗАЩИЩАЕТ:
1. Методику проектирования мотальной паковки замкнутой намотки для фильтрации суспензий от взвешенных частиц фракций заданной крупности.
2. Результаты расчетов влияния профиля (щелевидности) пор на параметры строения и гидравлические свойства мотальных паковок.
3. Математические зависимости свойств и строения мотальных паковок замкнутых намоток от технологических параметров их изготовления.
4. Оптимальные технологические параметры изготовления мотальных паковок замкнутых намоток для фильтров.
5. Конструкцию реечного патрона с улучшенными гидравлическими характеристиками.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы Глобальное применение фильтрования воды и других жидкостей в различных производственных отраслях приводит к необходимости повышения надежности работы фильтровальных систем, основным рабочим органом которых является сменный фильтр.
Тема работы актуальна, так как направлена на решение задач, связанных с разработкой методов проектирования мотальных паковок замкнутых намоток для таких фильтров.
Целью данной работы является разработка метода проектирования фильтров для очистки водных суспензий от взвешенных частиц фракций заданной крупности на основе изучения геометрических и гидравлических характеристик поровых каналов мотальной паковки замкнутой структуры намотки.
Задачи и общая методика исследования.
В диссертационной работе решались следующие задачи:
1. разработка метода проектирования мотальных паковок замкнутых намоток для фильтрации суспензий от взвешенных частиц фракций заданной крупности;
2. установление зависимостей между технологическими параметрами изготовления мотальных паковок замкнутых намоток, параметрами строения мотальных паковок и их свойствами;
3. установление оптимальных технологических параметров изготовления мотальных паковок замкнутых намоток для фильтров.
Методика данного научного исследования включает проведение теоретических и экспериментальных исследований. Теоретические исследования основаны на использовании научных теорий: фильтрования, строения и проектирования мотальных паковок, планирования и анализа эксперимента, регрессионного анализа. Все вычисления производились с использованием ПВЭМ. Экспериментальные исследования проводились в условиях лаборатории кафедры ткачества и кафедры аналитической, физической и коллоидной химии Московского государственного текстильного университета имени А.Н. Косыгина.
Применяемые экспериментальные и теоретические методы исследования обеспечили необходимую достоверность получаемых результатов.
Научная новизна работы заключается в том, что:
- разработан метод проектирования мотальных паковок замкнутых намоток для фильтрации суспензий от взвешенных частиц фракций заданной крупности;
- определено влияние профиля (щелевидности) пор на параметры строения и гидравлические свойства мотальных паковок;
- установлена зависимость угла подъема винтовой линии на паковке от скорости переносного движения нитей;
- получены математические модели, определяющие взаимосвязь между технологическими параметрами изготовления мотальных паковок замкнутых намоток, параметрами строения мотальных паковок и их свойствами.
Практическая значимость работы заключается в том, что:
- получены формулы для расчета эквивалентного диаметра транзитного канала поры и послойной длины нити на паковке замкнутой структуры намотки;
- установлены оптимальные технологические параметры формирования мотальных паковок;
- предложена программа для расчета геометрических и гидравлических параметров мотальных паковок замкнутых намоток для фильтров;
- предложен патрон для формирования на его поверхности пористого волокнистого слоя намотки, позволяющий снизить сопротивление пористой перегородки потоку фильтруемой суспензии.
Апробация работы.
Основные положения диссертации обсуждались на заседаниях кафедры ткачества МГТУ им. А.Н. Косыгина (2005-2008 г.). Результаты диссертационной работы были изложены на Межвузовской научно-технической конференции Современные проблемы текстильной и легкой промышленности, Москва; Международной научно-технической конференции Современные технологии и оборудование текстильной промышленности (Текстиль - 2006), Москва;
Международной научно-технической конференции Современные технологии и оборудование текстильной промышленности (Текстиль - 2007), Москва;
Международной научно-технической конференции Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности (ПРОГРЕСС - 2007), Иваново; Межвузовской научно-технической конференции Поиск решения актуальных проблем производства молодыми учеными и студентами, Димитровград-2008г.
Публикации:
По теме диссертационной работы опубликовано 7 научных работ.
Структура и объем диссертационной работы.
Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, рекомендаций, списка литературы и приложения. Работа изложена на 179 страницах, включает 10 таблиц, 59 рисунков. Список литературы включает 74 наименования. Приложения представлены на 20 страницах.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, ее научная новизна и практическая ценность. Сформулированы цели и задачи исследования и представлены основные положения, выносимые автором на защиту.
В первой главе проведен обзор литературы по теме диссертации. Работы, относящиеся к теме данного исследования, рассматривались по следующим направлениям: исследование строения, свойств и условий изготовления мотальных паковок; анализ существующих методов проектирования и оптимизации строения мотальных паковок; процессы фильтрации и осаждение частиц загрязнений в теле фильтра.
Анализ литературных источников показал, что при всем разнообразии проведенных исследований в области рассматриваемых вопросов, в большинстве работ разработаны методы проектирования мотальных паковок для последующего их использования в ткацком производстве или для последующих жидкостных обработок крашением или отбелкой, что не дает полной возможности применять их для проектирования фильтров.
Аналитический обзор литературных источников подтвердил актуальность выбранной темы диссертационной работы, ее научную значимость и практическую ценность.
Во второй главе на основе геометрических и гидравлических характеристик поровых каналов разработан алгоритм расчета параметров строения мотальных паковок замкнутых намоток для очистки водных суспензий от взвешенных частиц фракций заданной крупности.
Рассмотрен принцип осаждения частиц загрязнений в теле пористой перегородки фильтра, на основании чего был сделан вывод о том, что для того, чтобы частицы загрязнений задерживались в теле паковки необходимо сформировать ячейки поры на нижнем слое намотки, размер эквивалентного диаметра которых соответствовал бы диаметру частиц загрязнений, задержание которых необходимо осуществить.
Порядок проектирования мотальных паковок включает 2 этапа:
1. Расчёт геометрических размеров профиля поры для задержания частиц фракций заданной крупности, и расчет заправочных параметров для выработки таких паковок.
2. Расчёт технических и гидравлических параметров получаемых паковок.
На первом этапе проектирования определялся эквивалентный диаметр поры требуемой для задержания частиц загрязнений заданной крупности. Для расчета эквивалентного диаметра поры получено выражение:
20,5b2f b2f 2 d = 2r = 22S = 2 = экв экв 2 P b2f b2f (1) 2 2 2 4 4 где S - площадь ромба, см2;
Р - периметр ромба, см;
b2 и f2 - диагонали ячейки - ромба сквозного отверстия, см.
Для того чтобы получить размер сквозного отверстия вычтем из известной величины диагонали f1 диаметр нити, а внутренний размер диагонали bнайдем через подобие треугольников.
D f = f - d = - d 2 1 н н (2) p b1f 2Hf 2 b = = (3) f n1p f 1 где b1, f1 - большая и малая диагонали ромба (рис. 1);
D - текущий диаметр намотки, см;
Н - высота намотки, см;
n1 - число целых оборотов бобины за цикл движения нитеводителя;
р - число замыканий.
Рисунок 1. Ячейка слоя в структуре замкнутых намоток.
fb1 bfДля того чтобы сформировать паковку с требуемым эквивалентным диаметром порового канала надо на мотальном автомате установить определенное передаточное отношение между веретеном бобины и кулачком нитеводителя.
Передаточное отношение для формирования намоток замкнутой структуры рассчитывается по формуле:
1zn i = o (4) k p nв i = o (5) nк где k=8 - число оборотов кулачка нитеводителя за цикл движения нитеводителя - один двойной ход;
z = 1 - кратности замыканий;
n1 - целое число оборотов бобины за цикл движения нитеводителя.
По представленным выше формулам были спроектированы мотальные паковоки замкнутых намоток для очистки водной суспензии от взвешенных твердых частиц размером 1,2 мм. Результаты расчетов представлены в таблице 1.
Таблица 1. Таблица зависимостей профиля поры от числа замыканий и числа витков.
Парам. \ № фильтра Фильтр 1 Фильтр 2 Фильтр 3 Фильтр 4 Фильтр Число витков n 6 7 8 9 Число замыканий р 48 43 39 36 Парам. \ № фильтра Фильтр 1 Фильтр 2 Фильтр 3 Фильтр 4 Фильтр Диаметр эквивалент1,20 1,20 1,20 1,18 1,ный dэкв, мм Площадь поры S, см 0,0146 0,0154 0,0163 0,0163 0,Большая диагональ b, 0,19 0,21 0,23 0,25 0,см Меньшая диагональ f, 0,15 0,15 0,14 0,13 0, см Периметр Р, см 0,489 0,514 0,541 0,567 0,Щелевидность 1,24 1,44 1,65 1,85 2,Профиль ячейки Образец структуры намотки и профиль пор для фильтра с числом замыканий 15 и числом витков 6 представлены на рисунке 2.
На втором этапе проводился расчет базовых технических и гидравлических показателей пористых перегородок фильтров. К базовых техническим показателям пористых перегородок относятся: базовый вес фильтра, толщина пористой перегородки, размер пор, пористость.
Под пористостью перегородки понимается отношение объема свободного от нити пространства - пор к общему объему паковки. Пористость паковки зависит от числа замыканий намотки. С увеличением числа замыканий (р) увеличивается длина нити, а, следовательно, ее объем на паковке при том же диаметре намотки бобины, и пористость паковки снижается.
Для послойного расчета длины нити на паковке получено выражение:
Di Li= 2Hp (6) cos h где Di - текущий диаметр намотки, см;
- угол подъема витков, град;
H - высота намотки, см;
h - шаг намотки, см;
Гидравлические характеристики фильтров оцениваются по показателям:
гидравлической проницаемости пористой перегородки, потери давления на фильтре, сопротивления пористой перегородки потоку жидкости, расходу.
Под гидравлической проницаемостью пористой перегородки понимается способность пористой перегородки пропускать жидкость или газ под действием перепада давления или напора.
Рисунок 2 Структура намотки и профиль пор.
А.
Б.
В работе для описания пористых перегородок использован коэффициент гидравлической проницаемости, который учитывает физико-геометрические характеристики пористой среды. Эта зависимость описывается уравнением Козени-Кармана в виде:
K = пр (7) KS - o oгде So - удельная поверхность пор, м/м;
- пористость (отношение объема пор к объему фильтра);
Ko - коэффициент Козени;
Коэффициент Козени характеризует геометрию пор и рассчитывается по формуле:
e K = k (8) o o где ko - параметр зависящий от формы и размеров сечения поровых каналов. е/ - фактор извилистости.
Pages: | 1 | 2 | Книги по разным темам