Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
18
Сумський державний університет
Аль-хавалдех Абдалла Сулейман
УДК 621.65
дослідження і розробка
гідродинамічних очисників
моторних масел
05.05.17 –Гідравлічні машини і гідропневмоагрегати
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Суми –
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана в Донбаському гірнично-металургійному інституті
Міністерства освіти і науки України.
Науковий керівник: Заслужений працівник народної освіти
України, доктор технічних наук,
професор Фінкельштейн Зельман Лазарович ,
Донбаський гірничо-металургійний інститут
Офіційні опоненти: доктор технічних наук,
професор Петренко Володимир Анатолійович,
Кіровоградський державний технічний
університет
кандидат технічних наук, доцент
доцент Євтушенко Анатолій Олександрович,
Сумський державний університет
Провідна організація: Національний технічний університет України
“Київський політехнічний інститут”
Захист дисертації відбудеться “4” грудня 2001 р. о 10 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради К 55.051.03 у Сумському державному університеті за адресою: 40007, м. Суми, вул. Римського-Корсакова, 2.
З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Сумського державного університету.
Автореферат розісланий “31” жовтня 2001 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради Савченко Є.М.
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ.
Актуальність теми. Вирішення найважливіших завдань, що стоять перед промисловістю, тісно пов'язане з підвищенням надійності обладнання, що використовує в якості робочих середовищ і мастил різноманітні рідини. Як приклад, це стосується двигунів внутрішнього згорання (ДВЗ), де єдиними носіями абразивних часток є моторні мастила, паливо та охолоджуючі рідини.
Особливо багато абразивних часток в рідині спостерігається в умовах роботи при високій забрудненості ї високій температурі повітря, що оточує машину. Це характерно для сільськогосподарських, будівельних, шляхових, гірничих та інших машин, які експлуатуються в жарких кліматичних умовах. До країн з таким кліматом відносяться Україна та Йорданія.
Методи і засоби очистки рідин розробляються самостійно у всіх галузях промисловості, хоча завдання, які стоять перед очисниками, спільні. Необхідним є впорядкування методів та засобів очистки не по галузям, а по технічним ознакам, які враховують особливості роботи окремих машин. Загальними вимогами до очисників є гряземісткість, сприйняття максимальної крупності та концентрації забруднення на вході, вимоги до тонкості очистки фільтрату. У всіх випадках прийняття рішення щодо тієї чи іншої схеми очистки, вибору принципу відокремлення забруднених часток з рідини носить компромісний характер.
Аналіз показав, що в даний період промисловому комплексу, поряд з уже існуючими, потрібен новий клас очисників. По характеристикам, які від нього вимагаються (необмежена гряземісткість при одночасно високому степені очистки), найбільш придатною базою є гідродинамічні фільтри. Використання їх в різних галузях промисловості підтвердило високу ефективність і, одночасно, виявило обмеження в області їх використання. Зокрема, потрібен пошук шляхів інтенсифікації робочого процесу для покращення масогабаритних показників. В цьому відношенні створення очисників, які розглядаються, для їх використання в ДВЗ, є актуальною задачею, вирішення якої є важливою складовою реалізації програми створення нового класу очисників.
Фільтри, робочий процес яких є об'єктом даного дослідження, можуть бути також більш перспективними для очищення рідин, які заливаються в машину, і для регенерації відпрацьованих нафтопродуктів. Комплексний підхід до захисту ДВЗ від абразивних забруднень як в самій машині, так і при заливці забезпечить підвищення працездатності гідрофікованих машин.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами і темами. Дисертаційна робота є частиною наукової програми Донбаського гірничо-металургійного інституту (ДГМІ), зокрема кафедри гірничої енергомеханіки і обладнання та Галузевої лабораторії мастильних матеріалів і робочих рідин Мінтопенерго України при ДГМІ, що спрямована на розробку засобів та способів очищення робочих рідин. Наведені в дисертації результати є складовою частиною НДР, державний реєстраційний №01004001278 “Розробка теорії автономної самогенеруючої очистки з використанням гідродинамічних процесів для розподілу двофазних рідин”, де автор був відповідальним виконавцем.
Мета і задачі дослідження. Метою дослідження є науково-методичне обгрунтування шляхів інтенсифікації робочого процесу гідродинамічних очисників моторних мастил і розробка на їх основі малогабаритних очисників для використання в двигунах внутрішнього згорання.
Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі задачі:
- визначити умови, що забезпечують збереження степені очистки рідини, яка фільтрується, постійною по довжині фільтроелемента;
- визначити можливість і умови забезпечення саморегенерації нерухомого фільтроелемента при періодичній гідродинамічній очистці рідини;
- визначити можливості і умови забезпечення саморегенерації фільтроелемента, який обертається, при періодичній повнопоточній гідродинамічній очистці рідини;
- дослідити стійкість потоку в гідродинамічному очиснику з фільтроелементом, який обертається;
- на основі результатів виконаного дослідження розробити малогабаритні роторні очисники моторних мастил для використання в двигунах внутрішнього згорання;
- вдосконалити методику та засоби проведення експериментального дослідження робочого процесу гідродинамічних очисників моторних мастил;
- провести перевірку отриманих науково-методичних результатів експериментальним шляхом.
Об'єктом дослідження є робочий процес гідродинамічних очисників при наявності відсмоктувальної перегородки.
Предмет дослідження –засоби очистки рідин, що основані на комбінованому використанні фільтраційних та гідродинамічних процесів.
Методи дослідження. Поставлені задачі дослідження вирішувались шляхом математичного і фізичного моделювання процесу гідродинамічної очистки рідини в роторних очисниках. Математичне моделювання здійснювалось на базі рівнянь руху з малими числами Рейнольдса нестисливої однорідної ізотермічної рідини. Фізичне моделювання здійснювалось шляхом стендових і промислових випробувань натурних зразків роторних очисників на моторних мастилах, Оцінка параметрів рідини, яка фільтрується, проводилась по вдосконаленій, в ході проведення даного дослідження, методиці Донбаського гірничо-металургійного інституту.
Наукова новизна отриманих результатів:
- визначені умови, що забезпечують інтенсифікацію робочого процесу в гідродинамічних фільтрах та реалізуються шляхом раціонального профілювання зазору між фільтроелементом та корпусом;
- доведена можливість і визначні умови, дотримання яких забезпечує наявність постійної саморегенерації очисників при періодичному фільтруванні або короткочасову припинення витрати рідини через відсмоктувальну перегородку;
- встановлено, що для очисників з нерухомим фільтроелементом зменшення в'язкості рідини, яка очищається, є фактором, що покращує очистку, а для очисників з фільтроелементом, який обертається - дестабілізуючим процес;
- досліджено явище втрати стійкості потоку в гідродинамічному очиснику з фільтроелементом, який обертається, та встановлено діапазон кутових частот обертання фільтроелементу, при якому робота очисника є ефективною.
Обгрунтованість і достовірність наукових положень, висновків та рекомендацій. Адекватність отриманих розрахункових залежностей робочому процесу. який досліджується, обумовлена застосуванням математичних моделей, що базуються на загальних положеннях гідромеханіки, а також результатами співставлення розрахункових даних з відомими та власними експериментальними даними. Достовірність отриманих експериментальних результатів обумовлена використанням відпрацьованих практикою методів дослідження і задовільною похибкою вимірювання величин.
Наукове значення роботи полягає в тому, що отримані нові розрахункові та експериментальні результати є необхідною і достатньою умовою для здійснення подальшої мінімізації масогабаритних характеристик гідродинамічних фільтрів при збереженні всіх інших показників якості їх роботи. Отримані результати доповнюють теорію робочого процесу гідродинамічних фільтрів математичним описом руху двохфазних середовищ зі змінною продуктивністю між дисками з відсмоктувальними поверхнями, які обертаються.
Практичне значення одержаних результатів полягає в розробці методики розрахунку і створенні нових конструкцій малогабаритних гідродинамічних фільтрів для очищення моторних мастил, що придатні до експлуатації в існуючих конструкціях двигунів внутрішнього згорання, при заливці цих масел та їх регенерації. Розроблені пристрої пройшли стендові випробування на АвтоВАЗі (м. Тольятті), Головному спеціалізованому конструкторському бюро дизелебудудування ГСКБД (м. Харків), промислові випробування в Луганскьводпром (м. Алчевськ), використовуються в центральній регенераційній станції нафтопродуктів Донецької залізниці.
Особистий внесок здобувача. Основні результати дисертаційної роботи отримані автором самостійно. В роботі [1] автором описані принципові схеми повнопоточних та неповнопоточних фільтрів для систем змащування двигунів внутрішнього згорання. В роботі [2] автором розроблена гідравлічна схема подачі мастильних матеріалів в дизелях локомотивів. В роботі [3] автором наведені гідродинамічні схеми неповнопоточної очистки мастильних матеріалів ДВЗ. В роботах [4, 5] автором обгрунтовані можливі схеми очистки мастил в ДВЗ з урахуванням використання неповнопоточних гідродинамічних фільтрів. В роботі [6] автором запропонована теорія і методика розрахунку оптимальних параметрів щілини між корпусом і фільтроелементом в гідродинамічних фільтрах. В роботі [7] наведена теорія і методика розрахунку критичної швидкості появи стрибка тиску у гідродинамічних фільтрах, що обертаються. В роботі [8] автор наводить методику гідродинамічної очистки мастил в бензинових та дизельних двигунах. В деклараційних патентах [9,10] внесок автора визначений у встановленому порядку. Постановка задачі, розрахункові та експериментальні дослідження, аналіз результатів проведені здобувачем спільно з науковим керівником.
Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертації доповідались та обговорювались на IV Республіканській науково-технічній конференції "Гидроаэромеханика в инженерной практике" (м. Суми, 1999 р.) та IX Міжнародній науково-технічній конференції "Проблемы развития рельсового транспорта" (Крим, м. Алушта, 1999 р.), на науково-технічних конференціях Донбаського гірничо-металургійного інституту (м. Алчевськ, 1998, 1999, 2000 рр.), на семінарах кафедр "Транспорт" та "Хіммотологія" Московського агротехнічного університету ім. В.П. Горячкіна, на технічних радах - "Луганскьводпром", АвтоВАЗ, ГСКБД.
Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано десять робіт, у тому числі сім статей в спеціалізованих виданнях, що затверджені переліком ВАК України, і два деклараційні патенти України.
Структура та обсяг дисертаційної роботи. Робота складається із вступу, шести розділів, висновків, переліку використаних джерел і додатків. Повний обсяг дисертації 195 сторінок, у тому числі 32 рисунків на 3 сторінках, 3 додатки на 25 сторінках, перелік використаних джерел з 77 найменувань на 7 сторінках.
У вступі обгрунтовується актуальність дослідження робочого процесу та розробки нових конструктивних схем гідродинамічних очисників моторних мастил. Сформульовані мета і задачі дослідження, наводиться загальна характеристика дисертаційної роботи.
В першому розділі виконується аналіз впливу забрудненості робочих середовищ на працездатність різного роду машин, їх довговічність, зміну протікання технологічних процесів. Дослідження показали, що лише підвищеною забрудненістю робочих рідин пояснюється 50% відмов літаків, 65% - кермового управління автомобілів, 70% - тракторів, до 80% - екскаваторів.
Інформаційно-аналітичний огляд показує, що вплив забрудненості на функціонування рідин та систем, що використовують рідини, є складним багатофакторним явищем. Погіршення характеристик рідин і умов роботи обладнання відбувається відразу по декільком параметрам.
В силу великої поширеності ДВЗ особливо актуальною задачею є забезпечення такої чистоти їх палив та моторних мастил, які могли б істотно знизити аварійність та підвищити строк служби двигунів, що доглядаються.
Важливою умовою розробки засобів та методів підвищення ресурсу ДВЗ є дослідження джерел надходження забруднень в системи змащування та подачі палива, фактичної їх кількості та аналіз існуючих пристроїв для зниження рівня забруднення. Джерелами надходження забруднення є: зовнішні, що постійно потрапляють з повітрям під час заливки рідини, внутрішні, що пов'язані із зношенням механізмів в процесі роботи, та інкреторні, тобто викликані старінням самої рідини, руйнуванням фільтроелементів і тому подібні. Крім того, завжди присутні залишки технологічних паст та забруднень, що залишаються в системі після її виготовлення або ремонтів. Дослідження надходження забруднень в рідину на етапах її приготування, транспортувань на проміжні сховища та заливки в машину показало, що на кожному наступному етапі прогресивно збільшується забрудненість, що робить недоцільним установку очисників на попередньому етапі. Особливо збільшується забрудненість гідросистем при роботі ДВЗ в сильно запиленому середовищі та в жаркому кліматі, що є характерним як для України, так і, особливо, для Йорданії, де автомобільний транспорт є єдиним видом транспорту і де дуже мало доріг з твердим покриттям.
Оскільки в традиційних системах очистки підвищення тонкості очищення в два рази в п'ять разів збільшує витрати на системи очистки, багато робіт присвячено встановленню вимог до чистоти рідин, методів їх контролю та експрес-інформації про їх стан. Більшість досліджень, виходячи з техніко-економічних можливостей очистки та прийнятного ресурсу ДВЗ, допускають використання рідин 12 класу чистоти по ГОСТ 17216-71 (номінальна тонкість очистки до 25 мкм), хоча з технічної точки зору ці вимоги є явно заниженими і необхідним є 9 клас чистоти (номінальна тонкість очистки 10 мкм).
Задача забезпечення високого рівня очистки рідин може бути вирішена за допомогою механічних фільтрів, які, щоправда, хоча і дозволяють забезпечити потрібну тонкість очистки, мають низьку грязеємність і практично не регенеруються. Поміж засобів очистки, що використовують силові поля, найбільше застосування отримали центрифуги, що мають значну грязеємність. Однак вони не забезпечують належну тонкість очистки і потребують великих працезатрат на технічне обслуговування. Найбільш перспективним напрямом є використання гідродинамічного способу очистки, що отримує все більше застосування завдяки саморегенерації, меншому перепаду тиску на фільтроелементі та більшій тонкості очистки порівняно з традиційними очисниками.
Порівняльний аналіз сукупності галузей застосування існуючих засобів очистки з потребами різних галузей промисловості, що враховує різноманітність умов експлуатації та фактор впливу середовища, з одного боку, и приймаючий до уваги вимоги до чистоти робочих рідин, з другого боку, показує необхідність в межах всього промислового комплексу створення нового класу очисників. Виявлені вимоги до характеристик таких очисників дозволяють зробити висновок, що базою для його створення можуть слугувати принцип дії та існуючі конструкції гідродинамічних фільтрів. Застосування їх в ДВЗ обумовлює необхідність додаткових обмежень по їх масогабаритним характеристикам.
d0. 1. ,
У другому розділі формулюються основні задачі, вирішенню яких присвячена дисертація. Приводиться обгрунтування вибору об'єкта та способа проведення дослідження. В якості пристрою, що підлягає розвитку, вибрано очисник роторний ОР-01, що може працювати як в неповнопоточному, так і в повнопоточному режимі (рис. 1). Очисник складається з кришки 1 (з патрубком вводу рідини 3 та патрубком 2 виводу фільтрата). Всередині кришки на підшипниках 4 встановлений полий ротор 5, на якому закріплений циліндричний фільтроелемент 6. Ущільнення 7 розділяє порожнини чистої та забрудненої рідини, ущільнення 8 запобігає витоку мастила. Крім того, має місце корпус 9 та бункер 10 зі зливною пробкою 11.
Як загальна задача дослідження визначена задача напрацювання науково-методичного забезпечення вирішення задачі створення нового класу очисників, в цілому, і мінімізації їх масогабаритних характеристик з метою використання для очистки моторних мастил в ДВЗ, зокрема. Першою стала задача визначення умов, які забезпечують збереження ступеня очистки рідини, яка фільтрується, сталим по довжині фільтроелемента. Другою проблемою було визначення умов забезпечення саморегенерації нерухомого фільтра при періодичній гідродинамічній очистці. Третьою окремою задачею дослідження стала задача визначення можливості та умов забезпечення саморегенерації фільтроелемента, що обертається, при періодичному повнопоточній гідродинамічній очистці рідини.
Проблемою, що обумовила зміст четвертої задачі, стало явище виникнення нестійкості потоку в гідродинамічних повнопоточних очисниках. Визначення факторів та умов, що забезпечують сталість вказаного потоку, є необхідною складовою вирішення загальної задачі дослідження.
Прикладною частиною, або п’ятою самостійною задачею дослідження, стало створення методики розрахунку і конструювання малогабаритних фільтрів для очистки моторних мастил. Відповідно, самостійною задачею дослідження стала перевірка отриманих рішень експериментальним шляхом. Останнє, в свою чергу, викликало потребу в доопрацюванні методики та засобів проведення експериментального дослідження на аналізу отриманих результатів. Відповідно, прийнятий спосіб проведення дослідження –розрахунково-аналітичний з послідуючою перевіркою результатів експериментальним шляхом.
В третьому розділі наводиться опис результатів розрахунково-аналітичної частини виконаного дослідження. З метою визначення умов, що забезпечують зберігання степеня очистки постійним по довжині фільтроелемента, проведено розрахунок руху частки, що розташована в забрудненій зоні. При цьому приймались припущення: рідина є нестисливою, однорідною, ізотермічною; частки є однорідними та кулькоподібними; відсутні інерційні, електростатичні, поверхневі та адгезійні сили; не враховується вплив стінок, взаємодія часток, що рухаються, броунівський рух, можливий дрейф частки через її обертання, товщина фільтроелемента; отвори в фільтрі вважаються круглими. Розрахунки проведені при малих числах Рейнольдса. Вектор швидкості частки визначався як векторна сума швидкостей потоків через велику кількість отворів в фільтроелементі і швидкості повздовжнього потоку.
Рух рідини через круглий отвір для зручності розглядався в координатах сплющеного еліпсоїда. Функція току такого руху
,
де та –криволінійні координати будь-якої точки простору , з яких визначає сімейство софокусних сплющених сфероїдів; –сімейство софокусних однопорожнинних гіперболоїдів обертання; –кут в площі, що є перпендикулярною осі отвору; –об’ємна витрата рідини через отвір.
Після перетворень отриманні швидкості руху частки в будь-якій точці заповненого рідиною простору в напрямі до отвору в декартових координатах:
, ,
де та –відповідно, швидкості руху частки в напрямі до осі отвору та паралельно ній.
Підсумовуючи в кожній точці знайдену складову швидкості зі швидкістю повздовжнього потоку (вздовж поверхні фільтроелемента) , була визначена сумарна повздовжня швидкість і кут нахилу дотичної до траєкторії руху частки
.
Аналіз проведених розрахунків дозволив умову затримання частки фільтром надати у вигляді
,
де –діаметр частки, –радіус отвору.
З урахуванням седиментації максимально можливий діаметр частки, що проникає через фільтроелемент (абсолютна тонкість очистки), визначається за залежністю
,
де –густина рідини; –динамічна в’язкість; –прискорення вільного падіння.
Перепад тиску на фільтроелементі по формулі Сімпсона –Роска дорівнює
,
де витрата рідини через отвір в поверхні фільтроелемента
.
Тут –витрата рідини через фільтроелемент; –площина фільтроелемента; –найкоротша відстань між краями сусідніх отворів.
Умовою мінімізації масогабаритних показників неповнопоточних фільтрі є сталість швидкості в зазорі між корпусом і фільтроелементом на відстані від поверхні фільтроелемента.
Беручи до уваги вищевказану умову і вважаючи, що на початку в фільтр потрапляє витрата рідини, частина якої фільтрується, а частина –відкидається, що забезпечує необхідну повздовжню швидкість, а також враховуючи граничні умови (у стінок щілини швидкості дорівнюють нулю, а на осі щілини швидкість є максимальною), отримано вираз для визначення необхідної повздовжньої швидкості
.
де –початкова висота щілини, –діаметр циліндричного фільтроелемента.
Оскільки , після перетворень отримане рівняння, що дозволяє профілювати щілину з умови забезпечення сталої по довжині тонкості очистки
,
де –відстань від вхідного торця фільтроелемента до точки, де визначається висота щілини ; –довжина фільтроелемента; коефіцієнт , що визначається за залежністю
.
Однією з основних задач, що вирішувалась в ході проведення даного дослідження, було визначення умов забезпечення саморегенерації фільтроелемента при різних схемах гідродинамічної очистки рідини. Однією з них є гідродинамічна очистки для гідросистем, де періодично з’єднується насосна лінія з гідродвигуном.
d0. 2. , f7
На рис. 2 показана частка забруднення, яка закрила отвір під час з’єднання насосної лінії з гідродвигуном. Найгірші умови для її змиву (після від’єднання гідродвигуна) в гідродинамічному режимі будуть, якщо діаметр частки є співвимірним з діаметром комірки. На частку діють сила лобового опору в повздовжньому напрямі і сила, що діє на нижню поверхню частки вертикально вгору, . Обидві сили викликані збуренням потоку виступаючою частиною частки. Струмінь потоку рідини, що набігає на частку, деформується і відривається від її поверхні, породжуючи в прилеглих до частки зонах обертовий рух рідини, що змінює гідродинамічний тиск і силу тертя.
Враховуючі відомі рівняння М.Є. Жуковського для сил лобового опору і підйомної сили, а також силу ваги частки , силу, що викликана перепадом тиску на фільтрі , виходячи з умови рівноваги моментів сил при змиві відносно точки А (), після ряду перетворень отримуємо
.
Знаючи закон розподілу повздовжніх швидкостей по перерізу зазору між корпусом і фільтроелементом та величину , можна визначити по середню швидкість повздовжнього потоку і по ній витрату, необхідну для самоочистки фільтроелемента.
Саморегенерація повнопоточного фільтроелемента, що обертається, за надзвичайно високої забрудненості вхідної рідини також може забезпечуватись періодичним запиранням фільтра за допомогою золотника, що регулюється перепадом тиску, працючому насосі. Для цього необхідно мати акумулятор в лінії подачі рідини на фільтр. Задача зводиться до визначення кутової швидкості фільтроелемента, що забезпечує саморегенерацію за час заповнення акумулятора, який має заздалегідь задані розміри.
d0. 3. ,
На частку (рис. 3), що є співвимірною за розмірами з розмірами отвору і закрила цей отвір, діють сили лобового опору і підйомна сила , величина яких визначається за відомими формулами М.Є. Жуковського. Крім того, на частку діє відцентрова сила ( – маса частки, де – густина матеріалу частки; – колова швидкість на поверхні фільтроелемента; – радіус фільтроелемента), сила тертя , де – коефіцієнт тертя частки і матеріалу фільтруючої перегородки; – сила, що викликана перепадом тиску.
Вважаючи початком координат центр ваги частки, а умовою рівноваги при відриві рівняння рівності моментів , отримано
, де
Ця формула пов’язує мінімально необхідну величину частоти обертання з геометричними параметрами фільтроелемента, величиною і матеріалом часток, що затримуються, параметрами рідини і потрібною пропускною спроможністю фільтра.
Виходячи з гіршого випадку , отримано
, де
Цей час є розрахунковим для визначення конструктивної місткості акумулятора
,
де – корисна місткість акумулятора; – показник політропи; – заданий степінь зміни тиску в акумуляторі.
Найбільший ефект по тонкості очистки і продуктивності дають фільтри з фільтроелементами, які обертаються з підкритичною кутовою швидкістю. Разом з тим, при перевищенні критичної кутової швидкості виникає нестійкість, вихори, стрибкоподібно збільшується перепад тиску на фільтроелементі. Тому однією з задач в даній роботі стала задача дослідження стійкості потоку в очисниках, що розглядаються.
В теоретичній гідродинаміці прийнято визначати стійкість по критерію
.
де – ширина зазору між концентричними циліндрами. При цьому, згідно наявних даних, існує перехідна зона, в якій наявність струменя співіснує з ламінарним потоком до .
Досвід роботи роторних очисників показав, що їх критична кутова швидкість істотно перевищує передбачувану теорією. Пояснюється це ефектом відсмоктування, при якому, по-перше, існує більш тонкий граничний шар, що має меншу схильність до вихроутворення, по-друге, створюються профілі швидкостей, що володіють більш високою межею стійкості. З метою забезпечення можливості урахування вказаної особливості робочого процесу роторних очисників була виконана оцінка максимально прийнятної величини частоти обертання фільтроелемента з заданими геометричними та гідродинамічними параметрами.
У випадку рівномірного відсмоктування по довжині фільтроелемента безрозмірний коефіцієнт витрати дорівнює , де – колова швидкість фільтроелемента і – швидкість відсмоктування. Для плоскої нестисливої течії, при рівномірному розподілі швидкостей повздовжньої течії, рівняння руху має вигляд
,
де – координата в напрямі швидкості (перпендикулярно поверхні фільтроелемента). Розв’язання цього рівняння
.
де – товщина пограничного шару (в нашому випадку ).
Товщина втрати імпульсу , в нашому випадку . Дотична напруга на стінці дорівнює і, як наслідок, не залежить від в’язкості.
Згідно критерію Ульріха, стійкість граничного шару . З урахуванням , і , відповідно, маємо
.
З цього витікають, на перший погляд, парадоксальні висновки, що стабілізуюча дія відсмоктування тим вища, чим менші розміри фільтроелемента і більша витрата через нього, а товщина граничного шару вище при підвищенні в’язкості. Але вони відповідають дійсності і к.т.н. Є.А. Поляковим підтверджені експериментально.
У четвертому розділі описані нові конструкції гідродинамічних фільтрів і схеми їх використання в карбюраторних та дизельних ДВЗ для регенерації моторних мастил.
На рис. 4 наведена схема очистки моторних мастил неповно поточним фільтром. Тут: 1 – маслобак, 2 – фільтр всмоктування, 3 – насос, 4 – гідродинамічний фільтр, 5 – редукційний клапан, 6 – зливний канал, 7 – лінія фільтрату, 8 – змащуванні об’єкти, 9 – відстійник-очисник. Для цієї схеми був розроблений фільтр (рис. 5), взаємозамінний з серійними мастильними фільтрами легкових автомашин, що випускаються АвтоВАЗом (м. Тольятті). Описаний також неповнопоточний мастильний фільтр ФД, що створений як альтернатива центрифузі для тракторів середньої потужності Т75М, ЮМЗ-6 та інших.
Розроблені фільтри не потребують заміни фільтроелемента, його регенерації, технічного обслуговування на протязі терміна служби машини. На них не залишається бруд, не збільшується перепад тиску, тонкість очистки в 2-3 рази вища, ніж величина клітинок в фільтруючій сітці.
З метою підсилення гідродинамічного ефекту були запропоновані два нових технічних рішення в яких за рахунок циркуляції рідини, що скидається, збільшується швидкісний потік вздовж поверхні фільтроелементу і, відповідно, тонкість очистки.
d0. 5.
d0. 4.