Поиск


ЖУРНАЛ "ТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕКСТИЛЬ" №37

                    ( читать ... )

ЖУРНАЛ "ТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕКСТИЛЬ" №36

                    ( читать ... )

Ссылки партнеров

Защитный текстиль


Технический текстиль/Защитный текстиль/Нетканый материал с сепарирующими и коалесцирующими свойствами

Нетканый материал с сепарирующими и коалесцирующими свойствами

10 марта 2004
Технический текстиль №9, 2004

Конюхова Светлана Васильевна
Смульский Анатолий Васильевич
Сутягина Тамара Федоровна

Одной из проблем, представляющих значительный интерес в области фильтрации и сепарации,  является очистка жидкого топлива от механических загрязнений и водной фракции. Эти виды загрязнений в топливе способствует выводу из строя топливной аппаратуры двигателей автомобилей. Из-за их наличия в двигателе происходит неполное сгорание топлива, и его остатки в виде сажи и углеводородов вылетают в окружающую среду, что повышает экологические риски, особенно в больших городах. Остроту проблемы усиливают также реальные материальные затраты при эксплуатации автомобилей (потеря топлива на 5-10% от каждой заправки), снижение общего срока службы топливной аппаратуры и соответственно двигателя. Наличие свободной воды в топливе ухудшает работоспособность фильтрующего элемента: снижаются как эффективность очистки им топлива от механических загрязнений, так и ресурс его работы.

Наибольшую опасность для топливных систем представляют кристаллы льда, которые образуются в топливе при минусовых температурах. Они могут полностью  забивать фильтрэлементы и, таким образом, резко снижать или совсем перекрывать поступление топлива в систему питания силовых установок. Обводненное топливо способствует резкому возрастанию коррозии и ухудшает противозадирные свойства топлив. Установлено, что противоизносные свойства топлив ухудшаются линейно с уменьшением их вязкости и увеличением содержания воды. Попадая в камеру сгорания, вода в условиях высокого давления при повышенных температурах немедленно превращается в пар, не дожидаясь воспламенения топлива. Такой «взрыв» способен разрушить наконечники топливных форсунок, а их замена требует значительных затрат.

Топливо обладает способностью поглощать воду из воздуха и, таким образом создавать термодинамическое равновесие между растворенной в нем водой и свободно выделившейся капельной влагой. Обводнение топлива происходит поэтапно по пути  его следования к двигателю внутреннего сгорания.

Основным источником обводнения является взаимодействие топлива с влажным воздухом при хранении его в резервуарах или транспортировке в цистернах. При этом в топливе образуются капли воды значительных размеров из-за циклических суточных температурных колебаний.

Вторым источником является перекачка топлива с применением насосов, в результате захвата капель воды трубопроводных систем, отстойной воды из резервуаров потоком подаваемого топлива. Размеры капель воды в этом случае очень малы. Таким образом возникает стойкая эмульсия «вода в масле».

В частности, анализ распределения частиц воды по размерам после действия шестеренчатого и центробежного насосов  показывает, что наиболее часто встречающиеся размеры частиц воды в топливе находятся в диапазоне 1,3...3,0 мм -  это очень мелкие частицы.

Существующие способы  отделения воды из топлива (отстаивание топлив в гравитационных полях, химические, физико-химические) имеют ряд недостатков: вводимые при одних из этих способов химические вещества образуют субстанции, которые дополнительно загрязняют топливо, на  реализацию других способов уходит слишком много времени. 

Наиболее простой способ, который нашел широкое применение - обезвоживание с использованием пористых перегородок. Приточная поверхность пористой перегородки должна выполнять следующие функции:

  • обеспечивать равномерное распределение потока топлива с водой по поверхности перегородки;
  • обладать фильтрующей способностью по улавливанию механических загрязнений;
  • производить сепарацию подаваемого потока на воду и топливо с коэффициентом водоотделения не ниже 95%;
  • осуществлять процесс коалесцирования воды в структуре перегородки;
  • обеспечивать вывод воды из структуры перегородки.

Разработкой и исследованием такой волокнистой перегородки - фильтровального нетканого полотна «Кевсеп» - занималась группа специалистов НАТИ и НИИНМ. По своим фильтрующим и эксплуатационным характеристикам разработанный фильтровальный материал значительно превосходит фильтровальные бумаги. Кроме того, он обладает следующими свойствами:

  • высокой прочностью, позволяющей в условиях  заморозков выдерживать разрушающее действие микрокристаллов льда, образующихся из микрокапель воды;
  • его пористая структура обладает эффектом «памяти» - под воздействием микрокристаллов льда она претерпевает изменения, но при преобразовании льда в воду полностью восстанавливает свою исходную форму;
  • он позволяет осуществлять объемную фильтрацию, что увеличивает его рабочий ресурс;
  • он осуществляет процесс сепарации и коалесценции;
  • его можно гофрировать, что позволяет значительно увеличить фильтрующую поверхность, объем и грязеемкость фильтрэлемента.

Исследования по полноте отделения воды проводились на стенде, разработанном в НАТИ (рис. 1), который позволил наблюдать процесс отделения капель из потока топлива и оценивать их размер и количество.

Результаты исследований и их анализ показали взаимосвязь параметров пористой структуры пакета из нетканых материалов, исходной обводненности топлива и скорости потока, с эффективностью водоотделения. Общие закономерности процесса очистки топлива от воды представлены на рис. 2 в виде кривых, каждая из которых соответствует определенному значению начальной обводненности топлива и показывает изменение коэффициента водоотделения от изменения скорости потока топлива. Первая кривая соответствует начальной обводненности топлива 0,05% и значительно отличается по своему виду от остальных. Вторая соответствует обводненности топлива 0,10%, а третья - обводненности 0,20%.

Сравнение этих  кривых позволяет сделать выводы о влиянии пористой структуры пакета на процесс водоотделения в топливе. Эффективность водоотделения на обводненности 0,05% с увеличением скорости потока плавно растет до значений 98,8%. Это обусловлено относительно небольшой толщиной водной пленки на стенках канала поры, которая не оказывает влияния на уменьшение ее диаметра. Увеличение начальной обводненности топлива до 0,10% изменяет характер процесса в пористой структуре пакета и приводит к увеличению эффективности водоотделения при сравнении с предыдущей кривой в экстремуме до значений 99,1%, но с дальнейшим ростом скорости потока эффективность водоотделения снижается быстрее, чем на испытательных режимах с большой начальной обводненностью. Точка 1 пересечения этих двух кривых определяет скорость потока топлива, дальнейший рост которой вызывает процесс повторного дробления капель в пористой структуре пакета. Третья кривая характеризует процесс при обводненности топлива 0,20% и показывает дальнейшее увеличение коэффициента водоотделения до значений 99,4% в экстремуме и последующее снижение этого коэффициента при дальнейшем росте скорости потока топлива из-за повторного дробления и срыва капель. Точка 2 пересечения этой кривой с предыдущей показывает начало позитивного процесса увеличения толщины водной пленки на стенках канала поры и уменьшение диаметра поры.

Апробацию в эксплуатационных условиях в течение трех лет новый фильтровальный сепарирующий материал «Кевсеп» проходил в составе топливных фильтровальных элементов для тонкой очистки на новых локомотивах, выпускаемых Коломенским тепловозным заводом.

Замена фильтровальных бумаг в топливных фильтрэлементах на фильтрующе-сепарирующий материал «Кевсеп» несмотря на увеличение стоимости топливного фильтрующего элемента экономически целесообразна. Она позволит решить проблемы  обезвоживания  и очистки топлив от механических загрязнений, снизить экологические риски  эксплуатации автотранспорта.

ПОХОЖИЕ СТАТЬИ