автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.03, диссертация на тему:Методы расчета параметров процессов фильтрования криопродуктов в фильтрах тонкой очистки

пГб о а ^ 9 да

На правах рукописи УДК 621. 56

Павлихин Геннадий Петрович

МЕТОДЫ РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССОВ ФИЛЬТРОВАНИЯ КРИОПРОДУКТОВ В ФИЛЬТРАХ ТОНКОЙ ОЧИСТКИ.

Специальность: 05.04.03 - машины и аппараты холодильной

и криогенной техники и систем кондиционирования.

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Санкт - Петербург 1997

Работа выполнена в Московском Государственном Техническом Университете им. Н.Э.Баумана.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Иванов В.И.; доктор технических наук, профессор Потехин Г.С.; доктор технических наук, профессор Калнинь И.М.

Ведущее предприятие: НИИ Химического машиностроения, г. Сергиев Посад, Московской области.

в аудитории на заседании диссертационного Совета

при Санкт-Петербургской Государственной Академии холода и

пищевых технологий по адресу: 191002, г. Санкт-Петербург, ул.Ломоносова, 9.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургской Государственной . Академии холода и пищевых технологий.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах , заверенный печатью учреждения, просим направлять по адресу: 191002, г. Санкт-Петербург, ул. Ломоносова; 9.

Автореферат разослан " 1997г.

Защита диссертации состоится

часов

Ученый секретарь диссертационногоСмета доктор технических наук, професс<ф

Л.С. Тимофеевский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность работы.

Для надежной и безопасной работы криогенного оборудования наряду с другими условиями необходимо обеспечивать требуемые параметры чистоты жидких криопродуктов. Для выполнения указанных требований во многих системах, используют фильтры тонкой очистки, предназначенные для обеспечения заданных тонкости и эффективности очистки криопродуктов от дисперсной фазы примесей и заданного ресурса непрерывной работы оборудования.

При выборе и расчете фильтров тонкой очистки криопродуктов необходимо рассчитывать ресурсные характеристики фильтров; оценивать и прогнозировать свойства дисперсной системы , виды и свойства фильтроматериалов с учетом их изменений в процессе фильтрования; а также учитывать особенности и режимы работы криогенной системы, в которой установлен фильтр.

Особенности процессов фильтрования суспензий и аэрозолей исследованы в работах Малиновской Т.А., Жужикова В.А., Красовицкого Ю.В., Соколова Н.В. и др.

• Коузов П.А., Рыбаков К.В., Белянин П.А., Коваленко В.П., Потехин Г.С. и др. исследовали свойства суспензий и аэрозолей, в том числе и криогенных.

Архаров A.M., Филин Н.В., Епифанова В.И., Качура В.П., Иванов Б.А. и др. исследовали особенности работы криогенного оборудования, в том числе вопросы обеспечения безопасности его эксплуатации с учетом характеристик криогенной системы и ее составляющих.

В то же время практически нет работ по оценке и расчету основных характеристик фильтров тонкой очистки с учетом характеристик фильтруемых криосуспензий' и аэрозолей, видов и свойств фильтроматериалов, а также режимов работы криогенной системы.

Научная проблема представляемой работы заключается в разработке комплексной методики расчета фильтров тонкой очистки на основе вероятностно-статистических методов с использованием реальных параметров потока фильтруемого криопродукта, свойств используемых фильтроматериалов и параметров неустановившегося течения криопродукта.

Цель работы.

Указанная научная проблема достигается решением следующих задач:

1. Разработка вероятностно-статистического метода расчета тонкости и эффективности очистки дисперсных систем фильтрами тонкой очистки.

2. Разработка вероятностно-статистического метода расчета ресурсных характеристик фильтров тонкой очистки.

3. Экспериментальное исследование физико-химического, массового и гранулометрического состава механических примесей продукционного кислорода.

4. Разработка способа определения дисперсного состава газифицирующихся примесей жидкого кислорода и его экспериментальное исследование.

5. Разработка методики расчета параметров нестационарных процессов на входе в фильтр и экспериментальное исследование их влияния на характеристики фильтроэлементов.

6. Расчет ресурсных характеристик фильтров с учетом их свойств, характеристик дисперсных криосистем и параметров потока на входе в фильтр.

Научная новизна работы определяется теоретическими и методическими разработками, основными из которых являются:

- математическая модель вероятностно- статистического метода расчета тонкости и эффективности очистки суспензий и аэрозолей фильтроэлементами тонкой очистки;

- математическая модель вероятностно-статистического метода расчета ресурсных характеристик фильтроэлементов тонкой очистки;

-разработка способа определения дисперсного состава

газифицирующихся примесей жидких криопродуктов;

- математическая модель процесса седиментации криокристаллов в жидком криопродукте при непрерывном отборе проб;

- определение параметров неустановившегося потока криопродукта на входе в фильтр на основе решения системы дифференциальных уравнений гиперболического типа в частных производных.

Практическая ценность работы определяется следующими разработками:

- комплексная методика расчета основных параметров процесса фильтрования ( тонкости и эффективности фильтрования, ресурса работы фильтра) с использованием характеристик фильтруемой дисперсной системы, вида и свойств фильтроматериалов, а также характеристик криогенной системы, в которой установлен фильтр;

- пакеты программ для расчетов на ЭВМ ресурсных характеристик фильтра и параметров неустановившегося потока криопродукта на входе в фильтр;

- результаты анализа механических примесей в аппаратах воздухоразделительных установок и в продукционном кислороде;

- устройства для реализации способа определения дисперсного состава газифицирующихся примесей жидких криопродуктов;

- конструкции фильтров для реальных энергетических установок. Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на 4-ой Всесоюзной конференции по микроэнергетике (1974г.); на 3-ей , 4-ой и 5-ой Всесоюзных межвузовских конференциях "Проблемы охраны труда" ( 1978, 1982 и 1986 г.г.), на 18-ой и 20-ой международных научных конференциях "Механические методы разделения 'суспензий" ( 1981 и 1983 г.г.), на 3-ей и 4-ой Всесоюзных конференциях по

криогенной технике (1982 и 1988 г.г.), на Всесоюзной конференции "Проблемы промышленной экологии и безопасности" (1991г.), на 1-ой и 2-'ой международных научно-технических конференциях "Актуальные проблемы фундаментальных наук" (1991 и 1994 г.г.), на международной конференции "Гидромеханика, гидромашины, гидроприводы и гидропневмоавтоматика" (1994г.), а также на научно-технической конференции , посвященной 165-летию МГТУ им. Н.Э. Баумана (1995г.).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 115 печатных работах, в том числе в трех учебниках, 6 учебных пособиях и 1 справочнике ( в соавторстве). Материалы диссертации изложены также в отчетах по хоздоговорным и госбюджетным НИР МГТУ им. Н.Э.Баумана. ■

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов, списка литературы и приложения. Общий объем работ включает 295 страниц, в том числе 62 рисунка и 26 таблиц. Список литературы включет 230 наименований. .

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

В работе подробно рассмотрен анализ условий работы фильтров тонкой очистки криопродуктов. Показано, что для' расчета основных характеристик фильтров тонкой очистки необходимо выбрать начальные и граничные условия параметров процесса фильтрования. При этом для расчета параметров процесса фильтрования целесообразно использовать методы статистической физики. .

Представлена классификация примесей криопродуктов и образуемых ими систем, а также источники поступления примесей в криогенные системы. На основе анализа состава дисперсных систем и закономерностей их оценки выбраны используемые в диссертации способы исследования дисперсного состава примесей.

. Приведен анализ видов и свойств фильтроматериалов для тонкой очистки жидких криопродуктов и рекомендации по их применению в фильтрах криогенных систем.

Рассмотрены причины возникновения неустановившихся режимов течения жидких криопродуктов в криогенных системах, а также показаны способы оценки влияния параметров неустановившегося потока жидкого криопродукта на характеристики фильтроэлементов.

На основе вышеприведенного анализа сформулированы цели и задачи исследований диссертационной работы.

Вероятностно-статистические методы расчета основных характеристик Фильтров тонкой ' очистки. При прогнозировании тонкости и эффективности очистки дисперсных систем фильтровальными элементами определены абсолютная (аа) и номинальная (ан) тонкости фильтрования, а также фракционный коэффициент отфильтровывания (АО и коэффициент полноты отсева (А).

Показано, что вследствие стохастической природы величины расчетной (аар) и экспериментальной (ааэ) абсолютной тонкости фильтрования можно

считать, что они подчиняются нормальному закону распределения. Следовательно , и их разность ( Д аа = аар - а«) также будет определена по нормальному закону с плотностью распределения

фд (А5) = ( Voj2u) ехр[-(ДЗ-Даа)2/2а2], (1)

где 0л=^0пг+а2 среднеквадратичное отклонение величины Даа, ап и а -среднеквадратичные отклонения величин аар и ааэ. При этом может быть Даа<0, что вполне объяснимо в рамках рассматриваемой вероятностной модели. Действительно сложная конфигурация пор фильтроэлемента является причиной использования эквивалентной величины размера пор 5п с введением в рассмотрение некоторого осреднения. Аналогичное осреднение используют для оценки частиц 6 дисперсной фазы.

Номинальная тонкость очистки (анр) без учета характеристик дисперсной фазы определяется из соотношения

анр An тах

jf(5n)dSn7 ff(5n)d5n >m, (2)

Snmin / snmin

где f(5n) - дифференциальная функция распределения пор фильтроэлемента по размерам 5П, 5П min и 8n тах - минимальный и максимальный размеры пор; m > 0,95...0,97 и определяется, размером частиц (5 = аи), для которых коэффициент отфильтровывания Ai £ 0,95...0,97.

При инерционном движении частиц дисперсной фазы вероятность их попадания в пору размером 5П пропорциональна отношению площади поперечного сечения на входе в пору к площади нормального сечения фильтроэлемента и расчетная номинальная тонкость очистки (аинр) определяется из соотношения

аИир „ An тах

J 5>f(5n)d5„ / J 82nf(8n) >т (3)

sn min • • / 5П min

Для безынерционно движущихся частиц в ламинарном режиме фильтрования, при котором расход суспензии через пору размером 6П пропорционален 8Д а вероятность нахождения частиц в некотором объеме дисперсионной среды пропорциональна этому объему, расчетная тонкость очистки (анрБ) определяется из соотношения

аб«Р , An тах

J 5if(5n)d5n/ J 5jf(5n) >т (4)

^п min / 6nmin

В частности, для логарифмически нормального распределения пор фильтроэлемента по размерам, обычно реализующегося в фильтроматериалах, дифференциальная функция f(5n) и соответствующая ей интегральная функция D(5n) имеют вид:

f(6n) = (lN27t* lgCTn) • ехр[-( !ga„ - Iga„3o)V21g2crn ] (5)

__ 1д8н

О(стп) = (1ЛЙ71.^ап) • / ехр[-(18ал-^стп50) /2^2стп ] (6)

-то

Для данного случая а"„р и аБНр опреляются по формулам

а"Нр = анр» Ю4'6061«2^ (7)

аБ,ф = анр* 109-212,82оп (8)

Таким образом, для логарифмически нормального распределения пор по размерам номинальная тонкость фильтрования определяется не только диаметром пор фильтроэлемента и инерционными свойствами дисперсной фазы, но и величиной квадрата среднеквадратичного отклонения логарифмов диаметров пор от их среднего значения.

Для практических случаев (ап>1) всегда справедливо неравенство аир < аи„р< аБ„р , (9)

которое позволяет объяснить различия в номинальной тонкости фильтрования при очистке газов, и жидкостей одними видами фильтроматериалов. Как правило, а„г < а „ж.

На рис. 1 представлены интегральные функции Б (стл), Ои (стп) и Об (стп) для случая 5п$о= 7 мкм, ап= 1,4. При этом величины анр, аи„р и аБнр для т = 0,97 составили соответственно 12,3; 13,1 и 13,6 мкм.

Представленная на рис.1 линия Б (5п) достаточно удовлетворительно описывает распределение пор по размерам фильтроматериала ФНС-5 с тонкостью очистки 5 мкм. Соотношение аНр/ ат = 2,72 объясняется неучетом физико-химических свойств разделяемых дисперсных систем и фильтроматериалов, конфигурации порового пространства, степени заполнения его дисперсной системой и т.п. Следовательно, представленная методика прогнозирования является предельной и может быть использована при оценке процессов распределения дисперсных систем.

Расчет коэффициента отфильтровывания (А, р) проводили по формулам, аналогичным (3)и(4)

А"|Р= /«й-Г(8„).-<Вп / /бй -Г(5„)*<15„ (10)

¡>пт!п / 5птт

- А»*,- ■ /6Й.Г(8„).<В„/ /5Й«Г(8„)-с15п- (11)_

®пшт 7 5пт1п

Для более точного определения коэффициента отфильтровывания и номинальной тонкости очистки представим реальный фильтроматериал состоящим из "п" технологических слоев. Таким образом, реальный фильтроэлемент представляем в виде "п" .последовательно расположенных идеализированных слоев фильтроматериалов. Если известны свойства идеализированного слоя, то можно определить и свойства самого фильтроматериала.

В частности, расчет для идеализированной модели фильтроматериала ФНС -5 показал, что А5, Р " 0,446. Принимая во внимание фракциооный состав металлического порошка, из которого изготовлен ФНС-5, а также

величину обжатия листа при прокатке, количество

идеализированных слоев фильтрования составляет 6...8 шт. Следовательно, величина коэффициента полноты отсева для фильтроматериала ФНС-5 может быть вычислена по формуле

Ап = I - (1 - А0Л (12)

При расчете по формуле (12) получим, что при п = 6, 7 и 8 величина А„ составляет соответственно 0,971; 0,983 и 0,991,что практически совпадает с экспериментальными значениями.

Для расчета номинальной тонкости очистки по заданной величине коэффициента полноты отсева А„ = 0,97 по формуле (12) для идеализированного слоя материала при.п =6,7 и 8 получим А] = 0,442; 0, 494 и 0,335.

Используя усеченные интегральные функции и учитывая условия движения частиц по формулам (2)...(4), получим , что при А, = 0,442 и анр = 6,6 мкм, аиНр = 9,4 мкм и аБнр = 11,2 мкм. При А1 = 0,355 а„р = 6 мкм, аи„р = 9 мкм и А6Нр = 10 мкм.

Расчет ресурсных характеристик фильтра рассмотрен на примере тонкой очистки жидких криопродуктов, при этом технологический процесс представлен состоящим из N взаимосвязанных процессов. Каждый из N процессов определяется не только комплексом статистических свойств и параметров криогенной системы, фильтра и разделяемой дисперсной системы; но и их взаимодействием и относительным поведением, имеющими вероятностную структуру. Поэтому можно считать, что любой из выделенных процессов (равно ка'к и весь технологический процесс тонкой очистки) имеет сложный стохастический характер.

Предположим, что состояние каждого ¡-го процесса (¡=1,2 ..., Ы) однозначно определяется некоторой совокупностью ~х' величин х^ ^ = 1,2, ..., ц), зависящих от времени и данного процесса.

Учитывая, что количество определяющих величин в любом ¡-ом процессе всегда меньше количества степеней свободы данного процесса, можно сделать вывод, что строгое кинетическое описание любого ¡-го процесса, а следовательно, и всего процесса тонкой очистки является невозможным.

Вследствие этого при разработке вероятностно-статистической модели расчета ресурсных характеристик фильтров'тонкой очистки поставлена задача определения не состояния процессов х' = х' (х'од'о, *') и х= х(х0, х0.-с), а лишь вероятности нахождения точек х1 (х,) и х (1) в соответствующих элементах [ х1, х'+ёх*] и [ х, х + ёх ] пространства величин х'; при заданных значениях т'и т.

В диссертации подробно рассмотрены временные1 взаимосвязи процессов, реализуемых при фильтровании суспензий в фильтрах тонкой очистки.

При разработке математической модели процесса фильтрования использован метод предельных оценок путем выбора для рассмотрения наиболее . неблагоприятного режима работы -фильтров-процесса фильтрования с полной закупоркой пор.

Полагая, что процесс фильтрования осуществляется в ламинарном режиме, считаем что движение жидкого криопродукта в порах подчиняется

закону Гагена-Пуазейля для движения ньютоновских жидкостей и * прямолинейных капиллярных каналах

ДРк=Ак*ц*1хрк/54г> (13)

где ДРк - перепад давлений по длине 1ц капиллярного канала , Ах -коэффициент, характеризующий геометрические параметры капиллярного канала; <3« - объемный расход суспензии через капилляр, б* -гидравлический диаметр капилляра.

Введя в рассмотрение функцию плотности распределения ^ (5, т) открытых пор фильтроэлемента по размерам, преобразуем уравнение (13) к виду:

<5 (тф) = { ДР (т0) / [ А(Тф) ц . 1(тФ) ]} . ]б4 . Гп (5, хф)ё5, (14)

о

где ДР(тФ) - перепад давлений на фильтроэлементе в момент времени тф; А (тФ) - коэффициент, характеризующий усредненные гидравлические параметры открытых в момент времени т® пор фильтроэлемента, !(тф) -усредненная эквивалентная длина пор фильтроэлемента в момент времени

Тф.

Сделав указанные в диссертации необходимые преобразования, приведем уравнение (14) к виду

ДР(тф) = ДР(тоф) ]54.Го(5).ё5/]54.Г„(5,т^5 , (15)

о /о

где ДР(тоф) - перепад давлений на фильтроэлементе при т = О, Г0 (6) - функция плотности распределения открытых пор фильтроэлемента при т = 0.

Считая величины ДР(тоф) и Г0(5) известными, определение ДР(тФ) в любой . момент времени тФ > 0 непрерывного процесса фильтрования фактически заключается в.определении величины функции ^ (5,тФ) в тот же момент времени тФ. Представим ^ (5,тФ) в виде

Гц (5,тФ) = 1о (5) • Р(б,Тф,Кч), (16)

где Р (5, Хф, N4) - вероятность того, что пора с эквивалентным гидравлическим диаметром 5 не будет закупорена к моменту тФ непрерывного процесса фильтрования при условии поступления на фильтровальный элемент N4 частиц дисперсной фазы. Для дальнейшего расчета используем вероятности следующих процессов.

Р. - вероятность того, что пора с эквивалентным гидравлическим диаметром 5, открытая в момент времени т'ф=т0ф+ к<т'(Уг)> (при к>0), при поступлении к-ой частицы дисперсной ф&зы на фильтроэлемент не будет закупорена в момент х"Ф > т 'ф непрерывного процесса при условии поступления в данный момент времени на фильтроэлемент (к+1)-ой частицы дисперсной фазы произвольного размера 5П;

Ро - вероятность поступления (к+1)-ой частицы дисперсной фазы на фильтровальный элемент в момент времени т"ф ;

Ре - вероятность поступления (к+1)-ой частицы дисперсном фазы ( в момент времени т"ф) в открытую пору фильтроэлемента размером 6;

Рр- вероятность закупорки открытой поры фильтроэлемента размером 5 (к+1)-ой частицей дисперсной фазы;

Рс - вероятность того, что пора размером 6 открыта до момента времени т"Ф;

Ря - вероятность поступления дисперсной среды на фильтроэлемент. Подставив приведенные в диссертации значения Рв ... Ри, уравнение (15) преобразуем в систему

ДР(т0+<Дт(У"'иг)>) = ДР0 ]б4 .Г0(5)^5 / }54 • Гв(5)(1- Рс • РЕ • РР • Р0)<*5 о /о

ДР(то+<Дг(У!-'Н1)>)+<Ат(Уг)>) = ДРо* ]б4.Г0(5).с15 /|54.Гп(5,т0 +

о

+<Дт( У1-1НГ).(1-РК.РС.РР.Р0) <15

(17)

ДР(т0+ <Дт( Уищ)> + (к+1) <Дт(Уг)>) = ДР0 • /54 «Г0(5)с15

о /

/]б4 • и(б,х0+ < Д^нх) > +К < Д-с(Уг) >) (1 - Рв.РЮ • <15

ДР(т0+<Дт(У'-|н1)> + Кч<Дт(Уг)>) = ДРо[54.Г0(6).аб / {б4.

о /о

• Гп(6,то+<Дх(Уине)>+(Нч-1)<Д(Уг)>)*(1-Рв*Ря) <15

Анализ системы уравнений (17) показывает, что для расчета ресурсных характеристик фильтра необходимо знать следующие параметры :

- параметры очищаемого криопродукта: температура Т, динамическая вязкость ц и плотность жидкого криопродукта р;

- параметры криогенной системы: объемный расход криопродукта <3 и рабочие объемы полостей У,;

- параметры фильтроэлемента: функция плотности распределения пор по размерам 5 , нормированная на количество пор фильтроэлемента - ^ (6) ; коэффициент, характеризующий геометрические параметры фильтроэлемента - А; длина пор фильтроэлемента - 1 ; коэффициент, характеризующий задерживающую способность фильтроэлемента - а , исходный перепад давлений на фильтроэлементе - ДРо (<3) ;

- свойства дисперсной фазы: счетная концентрация частиц дисперсной фазы в разделяемой суспензии - Сго ; функция плотности распределения частиц дисперсной фазы по размерам 5Г, нормированная на единицу Го(5г).

о

Первые две группы параметров задают при расчете конкретной криогенной системы в которой установлен фильтр тонкой очистки. * Третья группа параметров подробно рассмотрена в главе 1 диссертации.

Одними из дальнейших целей диссертации являются исследования параметров четвертой группы, а также исходного перепада давлений на фильтроэлементе, результаты которых представлены в следующих главах.

Физико-химический, массовый и гранулометрический состав механических примесей аппаратов воздухоразделительных установок (ВРУ) и продукционного жидкого кислорода.

В качестве объектов исследований выбран кислород, производимый в ВРУ с блоками комплексной очистки (БКО), которые являются дополнительными источниками механических примесей и способствуют увеличению загрязненности технологических потоков и объемов аппаратов ВРУ. Это позволяет использовать полученные результаты в качестве предельных для кислорода, вырабатываемого на ВРУ других типов.

На основании вышеизложенного объектами исследований в диссертационной работе были выбраны:

- БКО воздуха КтК35-3 и БР-2М, а также ВРУ КАР-30 - для анализа примесей, скапливающихся в рабочих полостях аппаратов ВРУ;

- ВРУ АжКжКАрж - 2 - для примесей, содержащихся в жидком кислороде.

На рис. 2...4 представлены результаты анализа гранулометрического состава трех проб примесей, отобранных из аппаратов ВРУ. Проба №1 (рис.2) отобрана из осадка нижней части конденсатора-испарителя колонны технического кислорода блока разделения воздуха КтК35-3, проба № 2 (рис.3) - из осадка с днища сборника технического кислорода БР-2М и проба № 3 ( рис. 4) - со стенок сборника колонны технического кислорода БР-2М.

Представленные на рис 2...4 результаты показывают, что пробы № 1 и № 2 могут характеризовать предельный состав механических примесей, вынос которых теоретически возможен из исследованных аппаратов. Проба № 3 может характеризовать наиболее вероятный гранулометрический состав механических примесей жидкого кислорода.

При этом в каждой пробе выявлено три вида частиц: адсорбента, металла и других (частицы атмосферной пыли, древесины, краски и стекловаты).

Исследован также гранулометрический состав механических примесей, отобранных при проведении ремонтных работ ВРУ КАр-30. В процессе отбора и анализа проб выявлено существенное изменение количества механических примесей в различных аппаратах. В частности, во время ремонтных работ из куба нижней колонны извлечено около 0,12 м3 механических примесей, с тарелки верхней колонны - 0,003 м3 и из куба верхней колонны - 0,0005 м3. В последующих аппаратах КАр-30 количество накопленных примесей было настолько мало, что исключало возможность выявления достоверных качественных и количественных результатов анализа.

Результаты : исследований показали, что седиментация является одним из определяющих процессов изменения гранулометрического состава механических примесей в аппаратах ВРУ. При этом в установленном диапазоне размеров частиц проба , отобранная с ректификационной тарелки верхней колонны, может характеризовать предельный гранулометрический состав механических примесей, вынос которых теоретически возможен из рассматриваемых аппаратов при неблагоприятных условиях в последующие периоды эксплуатации ВРУ. Проба примесей из куба верхней колонны характеризует наиболее вероятный гранулометрический состав механических примесей, постоянно поступающих в последующие аппараты ВРУ или с жидким кислородом к потребителю.

Результаты анализа показывают также, что окончательная стабилизация гранулометрического состава механических примесей в аппаратах ВРУ происходит последовательно, преимущественно на ректификационных тарелках верхней колонны, то есть в условиях наиболее спокойного течения жидкости и достаточно длительного времени седиментации.

Исследования физико-химического, массового и гранулометрического состава механических примесей продукционного жидкого кислорода проведены на пробах жидкого кислорода, отобранных из накопительно-раздаточного сосуда ВРУ АжКжКАрж-2 Балашихинского кислородного завода.

Результаты показали, что массовые концентрации механических примесей в продукционном жидком' кислороде составили 0...900 мг/м5. Пересчет полученных значений для газообразного кислорода при температуре 293К и давлении 101 ,ЗкПа показал, что предельный диапазон концентраций механических примесей составляет 0...1,05 мг/м3.

- Учитывая подобие процессов получения жидкого и газообразного • кислорода и сходство параметров ВРУ, полученные результаты в первом приближении можно распространить на жидкий технический кислород (ГОСТ 6331-78), получаемый на ВРУ других типов, а также на газообразный технический кислород (ГОСТ 5583-71) в качестве предельных.

На рис. 5 представлен гранулометрический состав указанных проб, который показывает, что распределение частиц по размерам имеет ярко выраженную ассимртрию с максимумом в диапазоне размеров частиц менее 5 мкм.

Наряду с вышеуказанным проведен отбор и анализ проб пробоотборником-отстойником, входную часть которого соединяли с магистралью выдачи криопродукта из накопительно-раздаточного криогенного сосуда ВРУ АжКжКАрж-2, а выходную часть с заправочно-сливным трубопроводом резервуара-потребителя, как правило, ЦТК 8/0,25. Пробоотборник-отстойник состоял - из двух последовательно расположенных отстойных камер, в которых осуществляли накопление примесей в течение 5...35 суток.

На рис. 6 представлен гранулометрический состав примесей, накопившихся в первой и второй (по направлению движения жидкого

кислорода) отстойных камерах в течение 35 суток, причем за сутки до извлечения примесей проведен отогрев ВРУ и ее повторный пуск. Характерно, что гистограммы распределения частиц по размерам в диапазоне 5...70 мкм для примесей первой и второй камер практически совпадают, в то время как суммарное количество частиц в камерах существенно различается.

Результаты позволили предположить, что процесс накопления примесей в камерах не зависит от длительности их накопления (количества заправок потребителя через пробоотборник - отстойник) и определяется условиями единичной, преимущественно последней заправки.

Таким образом, можно считать, что содержание примесей в отстойных камерах постоянно обновляется и изменяется от заправки к заправке, при этом гранулометрический состав примесей остается практически неизмененным.

Идентификация механических примесей показала, что в пробах содержатся в основном, частицы адсорбента и атмосферно-почвенного происхождения, а также незначительное количество частиц металла.

Газифицирующиеся примеси жидких криопродуктов.

Исследования этих примесей проведены по разработанному с участием автора способу определения дисперсного состава газифицирующихся примесей. Сущность способа заключается в определении исходной ' концентрации кристаллической и растворенной фаз анализируемых веществ в криосуспензии с последующим непрерывным отбором проб криогенной суспензии на известной глубине, ее испарении и измерении полной концентрации анализируемого вещества в образовавшейся газовой смеси в фиксированные моменты времени.

Для оценки эффективности и достоверности определения дисперсного состава разработана математическая модель процесса седиментации криокристаллов применительно к реальным условиям реализации разработанного способа.

Процесс седиментации протекает в вертикальном криостатированном цилиндре радиусом и высотой Нц (рис.7). Внутри цилиндрического сосуда на глубине Н п от его верхнего среза соосно с ним установлен пробоотборник радиусом Йп, отбор криосуспензии которым осуществляется непрерывно с постоянным расходом <2.

Полагая, что Яц» Кп и движение жидкости имеет ламинарный характер, представим отбор проб жидкости в виде точечного стока (рис.8), расположенного в начале координат, а зону отбора суспензии - в виде тела вращения, вписанного в цилиндр.

Вследствие симметрии зоны отбора, найдем требуемое решение в полярной системе координат. Запишем-уравнение скорости движения в виде XV = ^да +0, где и - скорость отбора дисперсионной среды стоком,

\У„ - постоянная скорость вынужденного движения дисперсионной среды. В полярной системе координат составляющие скорости движения имеют вид:

{V/, = с1гМф = -А/г2 - \У„ • Япф

■ , 14 I = г • с!ф/<к = • Созф (18)

где А = - приведенный расход дисперсионной среды, т - время отбора

проб.

Решением системы (18) является уравнение траектории движения дисперсионной среды

ггСозгср-гЗтфЛУ^В (19)

Аналогично (18) получены составляющие скорости движения частиц дисперсной фазы .' = с!г/с1 т = - А/г2 - (\У„ + \У0 Бтф

. У/^ ¡ф = гс!ф/с1т = - + W¡) Соэф , (20)

где \У, - скорость свободного осаждения частиц ¡-ой фракции в дисперсионной среде.

Решением системы (20) является уравнение траекторий движения частиц.

г2 Со52ф - 2А* 5тф/(\У„+ = Е (21)

Приведенный в диссертации анализ уравнений (19) и (20) показывает, что в рассматриваемом течении (рис.9) можно выделить следующие зоны:

1. Зона № 1, расположенная между Ы'Ы, и М'ММ". В этой зоне течение дисперсионной среды не имеет места (>У = 0), а движение частиц ¡-ой фракции удовлетворяет уравнению = Поверхности,

образованные вращением вокруг оси ОУ ассимптот Ы'Ы и ¡^"Ы и предельной траектории движения дисперсионной среды М'М М", непроницаемы как для дисперсионной среды, так и для частиц.

2. Зона № 2, образованная вращением вокруг оси ОУ предельных траекторий КГ М М"и М'|М| М'\ Течение дисперсионной среды в данной зоне описывается уравнением ^ = и + , а движение частиц ¡-ой фракции - уравнением ^Л^ = й + УУд, + ^. Поверхность, образованная М'ММ", непроницаема для дисперсионной среды и проницаема для частиц данной зоны, "которые переходят в зону № 1. Поверхность, образованная М^ММ" , непроницаема для частиц и проницаема для дисперсионной среды. Следовательно, дисперсионная среда из этой зоны отбирается стоком, а частицы нет.

3. Зона № 3, расположенная внутри поверхности, образованной вращением М'| М, М" вокруг оси ОУ (зона захвата частиц ¡-ой фракции стоком). Течение в ' ней описывается уравнениями зоны № 2, при этом дисперсионная среда и частицы этой зоны полностью отбираются стоком, а поверхность М'ММ" непроницаема для частиц ¡-ой фракции.

Количество частиц (N0, поступаемых в единицу времени в точечный сток при непрерывном отборе проб, может быть предоставлено в виде

N. = л + Щ ,

где С*» - концентрация частиц при г оо.. таким образом, средняя концентрация частиц в устье стока составит

С, = N,/(2 = 71 (V ()/л ( )2 (V/«, + V/,) . С,«/<3= С;„ (22)

Для применения разработанной модели в ограниченном объеме конечной высоты ( реальное седиментационное устройство) введем • дополнительные ограничения.

Непрерывный отбор криосуспензии, по крайней мере, ограничен интервалом времени Дт0 = я • R«2 • Нц/Q , а время процесса седиментации -предельным интервалом продолжительностью Дтк = Дт, + Ат0 , где Дт, -время отстоя суспензии без отбора проб.

Для конечных интервалов времени отбора суспензии (Дтж) граничные точки зон отбора жидкости удовлетворяют уравнению о

Дт„= Jdr

г

При вычислении Дт* интегрирование необходимо осуществлять по всем траекториям движения жидкости отбираемых проб. Траектории движения дисперсионной среды полностью удовлетворяют уравнениям (19) и (23) в течение времени 0 < Дтж á Дтн после начала отбора проб.

В диссертации показано, что для фракций, удовлетворяющих Wi < Нн /Дтн ; W¡ < Wo Дто/Дтн . (24)

необходим предварительный отстой суспензии в течение Дт( ; при этом для анализируемых фракций должно выполняться неравенство W¡ > Нн/(Дтн + Дт,) ; W¡ > W0 • Дто/(Дт н + ДтО или, определяя требуемое время отстоя суспензии для анализа i-ой фракции, получаем Дт, > Н„ / Wi -Дтн; Дт, > W0 • Дт0 / W¡ - Дт„ (25)

Таким образом, для фракций, удовлетворяющих (25), лишь после предварительного отстоя в течение интервала времени Дт,, , ранее рассмотренная модель становится справедливой.

Полученные ограничения (24) и (25) при известных величинах W0, Ru, Нц, Нн и W¡ после вычисления величин Дто, Дтн и Дт, полностью определяют процесс седиментации криокристаллов в ограниченном объеме жидкости конечной высоты при непрерывном отборе проб.

Экспериментальная проверка возможности применения разработанной математической модели проведена на модельной суспензии "дистиллированная вода-кварцевая пыль".

Приведенные в диссертации результаты модельных исследований показали, что предложенная модель удовлетворительно оценивает процесс седиментации примесей в ограниченном объеме конечной высоты при непрерывном отборе проб и может использоваться для обработки результатов исследований дисперсного состава газифицирующихся примесей жидких криопродуктов.

На рис. 10 представлен дисперсный состав кристаллов диоксида углерода в жидком техническом кислороде, полученном на ВРУ типа КжАж-1,6 и МК АДС 120. Для сравнения на рис.11 и 12 представлен гранулометрический состав кристаллов диоксида углерода в жидком кислороде, отобранном из азото-конденсационной установки с существенно большей концентрацией диоксида углерода. Не смотря на то,

что доля мелких кристаллов диоксида углерода в жидком техническом кислороде более значительна, представленные гистограммы позволяют сделать вывод, что принципиальных изменений в дисперсном составе кристаллов диоксида углерода при увеличеснии его полного содержания в кислороде не имеет места. Кроме того, можно считать, что в реальном техническом кислороде основную массу кристаллов диоксида углерода составляют кристаллы размером менее 2 мкм с предполагаемым максимумом распределения менее 1 мкм. Вследствие этого систему "диоксид углерода- жидкий технический кислород" можно в целом считать сравнительно высокодисперсной.

Воздействие неустановившегося потока криопродукта на характеристики фильтров. В диссертации приведено решение уравнений динамики движения криопродуктов в системах жидкостных ракетных двигателей.

При открытии пнемоклапана под действием избыточного давления в резервуаре объем жидкого криопродукта приходит в движение и начинает заполнять короткий незахоложенный криогенный трубопровод, в концевом сечении которого установлен фильтр.

С учетом изложенных в диссертации физической модели процесса и принятых допущений для "схемы исследуемого участка (рис.13) система дифференциальных уравнений гиперболического типа в частных производных, включающая для жидкой и газовой фаз уравнения неразрывности и уравнения движения, а для газовой фазы также уравнение энергии, имеет вид: жидкая фаза (при 0 < х ^ \УфР • х)

( сР/сп + \УЭР/йх +р С2д \У/3 х = 0 (26)

I ЭР /Э х +рЗ \У/Эх + р\УЭ\У/Эх + Хр\У | АУ | /2(1 = 0 (27)

газовая фаза (при \УфР • х < х <, )

ЭР/ Эх + \УЭР/Э х + р С2Э\У/Э х = О ЭР/Э х + рЭ \У/Эх + р\УЗ \\7Э х + | | /2с1 = О М,ЭР/Эх + ЫЭР/Эх-4я/а-Хр\У2|\у|/2(1=0 начальные условия ( при х = 0) '\У = 0. ' # 02х2Ьг

Р =РР = ЄР+ р* еЬр 0 < х 5 Ь|

Р = Ра (Ь, + Ькл)< х<. (Ь2-Ь)

Р = Р.

граничные условия (при х > 0 )

Г Р = Рр - ^вш.р.. • Рвых.р.. • \У2/2 X = о

I Р = Рх=Ь - £*».(?) • Рех. кл. \У2/2 X = и + и.

•! Р =.РВ + 4ф.стРФ• Ь • \VV2dnср. П2 ' х = Ьг-Ь

1рж = рг и ХУ^АУг х = \УфР • х

где Рир и Ьр - соответственно давление над уровнем и уровень жидкого криопродукта в резервуаре, Р, и Р, - начальное ( при х = 0 ) давление соответственно на участке между пневмоклапаном и фильтром и за фильтром, Ь| и Ъг - длины участков трубопровода ( рис. 13), \УФр -

(28)

(29)

(30)

(31)

(32)

скорость движения фронта жидкости, М| и N - функции, значения которых приведены в диссертации.

Для интегрирования. уравнений (26)...(30) использован метод характеристик, подробно изложенный в диссертации. В результате решения система уравнений (26)...(30) приводится к виду: жидкая фаза

\ур =[( Ря - Ря)+ ря.СяЛУя + РЗ^У/Б - | \Уя | +

+ Х5«Р5*С5«\У5|\У5|]/2(РК»СК + РЗ*С10 (33)

Рр = Ря - ря • Ся (\УР - \Уэ) - Яя I \Уя | Ся • Дт (34)

газовая фаза

\УР = [ С^р^я^а/ (^я - рэ^'в + СМРя - Рз'СЗя)/ (}я + 4( п -П • • (СЬ'Чк/ <3я - Ч5)Дх]/ (С>з*ря*а/ Оя - р$в) + [ <ЗзХя • pRWR IWR11 — - \spsWs I У/б 11)Дт]/2( С^ря а/ <3я - рэ в ) (35)

Рр= 1/(2я{Ря-ря(\УР- \Уя)а + [4Чя(п-1)/с1 +

+ • ря \Уя | \Уя | 1/ с!) Дт} (36)

Рр = Рт + Рш/пРт • {(Рр - Рт) (¿т ~ [4Ят( П - 1 )/ с! +

+ (п-дт)Хтрт\Ут2|\У1П|/2]Дт} (37)

В уравнениях (33)...(37) индексы "Р", "Я", "Б", "т" соответствуют точкам на плоскости [ х,т].

Расчет параметров Р, W, р и др. осуществляли повторяющимися циклами, каждый из которых обеспечивает получение всех искомых, параметров (для жидкой и газовой фаз) для всех сечений системы в момент времени т, = т + Дт по их значениям при тм = т , начиная с т = 0. Определение параметров неустановившегося процесса ( Руд., \У , Тимп., Оимп. И др.) производилось в момент подхода фронта жидкого криопродукта к входной поверхности фильтроэлемента в сечении х = - Ь.(рис. 13), а аналитические зависимости для граничных условий (32) приведены в диссертации.

Составленная программа расчета на ЭВМ позволяет вычислить требуемые параметры фильтруемой среды на входной поверхности фильтроэлемента при гидравлическом ударе для выше рассмотренной схемы ( рис. 13 ). Результаты расчетов для различных видов-фильтроэлементов представлены на рис. 14. Кроме того, разработанная методика расчета позволяет провести необходимые вычисления и для других схем ( например, с измененным взаимным расположением фильтра и пневмоклапана, с произвольным местоположением паровой полости в трубопроводе и т.п.). В этом случае необходимо изменить начальные и граничные условия с учетом новой схемы.

На рис. 14 представлены также результаты экспериментальных исследований величины давления гидравлического удара потока жидкого азота на входной ■ поверхности фильтроэлемента. Достаточно удовлетворительное совпадение расчетных и экспериментальных данных позволяет использовать разработанную методику расчета Параметров

гидравлического удара на входе в фильтр как на этапах проектирования фильтров, так и на этапах их эксплуатации.

Для сопоставления расчетных и экспериментальных величин ударного давления на входе в фильтроэлемент с величиной гуд., максимально возможной для случая мгновенного открытия пневмоклапана, результаты экспериментов обработаны с использованием формулы (38)

Руд_= (38)

где Руд. = Руд.э/Рж * О* • Д^о - относительное ударное давление, Руя.з -

экспериментальное значение ударного давления, рж и Сж - соответственно плотность жидкого азота и скорость распространения звука, Д>Уо -разность между скоростью разгона потока и ее значением при стационарном течении жидкости в системе.

Представленные на рис.15 зависимости (38) для жидкого азота показывают, что у испытанных образцов фильтроэлементов величина ударного давления потока жидкого азота ( при 0...35м/с) не превышает 50% величины ударного давления, рассчитанной по формуле Н.Е. Жуковского при мгновенном открытии пневмоклапана. Это связано, во-первых, с конечным временем открытия пневмоклапана, а во-вторых, с демпфированием гидравлического удара газовой или. образующейся паровой подушкой, не эвакуированной фильтроэлеметом к моменту подхода ударного фронта жидкости.

Приведенные в диссертации экспериментальные данные показывают, что с увеличением величины ударного давления и соответственно скорости движения криосуспензии в порах эффективность очистки жидкого азота монотонно уменьшается. При уменьшении среднего диаметра пор й пористости фильтроэлемента и увеличении его толщины эффективность очистки жидкого криопродукта при тех же значениях величины ударного давления увеличивается, причем качественный характер зависимостей для различных видов фильтроматериалов не изменяется.

В диссертации приведены разработанные в работе дополнительные меры по уменьшению вредного воздействия гидравлического удара на характеристики фильтров.

В частности, испытания показали, что при установке перед основным фильтром дополнительных ( с существенно меньшим гидравлическим сопротивлением) величина давления гидравлического удара на входе в основной фильтр уменьшается на 5...36%. Кроме того, из-за ухудшения условий эвакуации газовой фазы уменьшается давление гидравлического удара на входе в дополнительный фильтроэлемент. Использование в качестве дополнительных фильтроэлементов двух слоев металлической сетки с зазорами б = 1...4мм обуславливает также выравнивание эпюр скоростей и давлений по сечению трубопровода на входе в фильтр.

На рис. 16 представлена схема разработанного с участием автора фильтра, в котором полусферический элемент 1 крепится в корпусе 3 фильтра с помощью разрезанного упругого конического стопора 2. Предложенная конструкция фильтра позволяет обеспечивать более стабильные его характеристики. В частности, испытания показали, что в

таком фильтре с условным диаметром прохода (Зу = 25 мм величина давления гидравлического удара на входе в фильтроэлемент уменьшалась на 5...20% вследствие существования присоединенного объема и меньшего гидравлического сопротивления фильтроэлемента.

Расчет ресурсных характеристик фильтроэлементов тонкой очистки. На рис. 17... 19 приведены расчетные ресурсные характеристики для случая фильтрования жидкого азота через фильтроэлементы соответственно ФНС-2...3, ФНС-5 и ФНС-10. На рис. 20 представлена расчетная ресурсная характеристика для случая фильтрования жидкого кислорода через фильтроэлементы ФНС-10. В обоих случаях в качестве дисперсной фазы рассматривали диоксид углерода, основные дисперсные свойства которого принимали по результатам главы 4.

Расчет ресурсных характеристик проводили с использованием системы уравнений ( 17). Исходные данные для расчета выбирали с использованием материалов, изложенных в главах 1,2 и 4 диссертации. В расчетах предполагали постоянство расхода фильтруемого криопродукта.

Результаты расчетов (штриховые линии) показывают, что в процессе фильтрования имеет место монотонное увеличение перепада давлений криосуспензии на фнльтроэлементе, причем с увеличением времени фильтрования интенсивность роста перепада давлений, увеличивается. Это объясняется тем, что повидимому, в части площади фильтроэлемента реализуется механизм фильтрования с полной закупоркой пор.

Для сравнения расчетных ресурсных характеристик фильтроэлементов с экспериментальными значениями и для оценки степени применимости разработанной в разделе 2.2 методики расчета проведены эксперименты по фильтрованию криогенных суспензий через вышеуказанные виды фильтроэлементов по методике и на стенде, подробно рассмотренных в диссертации.

На рис. 17... 19 представлены результаты опытов по фильтрованию жидкого азота через фильтроэлементы ФНС-2...3, ФНС-5 и ФНС-10 в виде зависимостей перепада давлений на фнльтроэлементе, объемного расхода жидкого азота и отношения концентраций твердой фазы двуокиси углерода на выходе и входе в фильтроэлемент от времени фильтрования. Экспериментальные точки на расходных характеристиках являются средними значениями непрерывных показаний расходомера в течение пяти минут. Видно, что колебания расхода в процессе фильтрования (в течение ' 18... 125 мин) не превышают! 30% от среднего.

При этом перепад давлений на исследуемых образцах непрерывно увеличивается в процессе фильтрования, что объясняется, в основном, осаждением твердых частиц взвешенной в жидком азоте двуокиси углерода в порах фильтроэлемента, так как условия эксперимента обеспечивали практически полное выделение негазифицирующихся примесей из жидкого криопродукта перед подачей его на фильтроэлемент.

Видно также, что скорость роста перепада давлений на фильтроэлементах увеличивается с уменьшением их среднего размера пор.

Анализ экспериментальных отношений концентрации двуокиси углерода в жидком азоте на выходе и входе в фильтроэлемент от времени

фильтрования показывает, что после выхода процесса

фильтрования на режим (для ФНС-2...3, ФНС-5 и ФНС-10 время выхода составляет соответственно 18,17 и 15 мин) в них начинается процесс осаждения твердых частиц двуокиси углерода. По истечении определенного времени внутренний объем пор насыщается твердыми частицами (при этом практически реализован объемный механизм фильтрования) и силы, действующие на твердую частицу, продавливают ее через фильтроэлемент, вследствие чего концентрация двуокиси углерода в потоке жидкого азота на выходе из фильтроэлемента увеличивается.

В диссертации приведено подтверждение данного предположения.

На рис.20 представлены результаты исследования процесса фильтрования жидкого кислорода через фильтроэлемент ФНС-10. Видно,что механизм фильтрования имеет тот же характер, что и при фильтровании азота. После проливки в течение 37 мин фильтроэлемент ФНС-10 подвергали регенерации обратной продувкой потоком газообразного азота при температуре окружающей среды и вновь начали фильтрование жидкого кислорода. При этом начальный перепад давлений в обоих случаях имел примерно равные значения, что свидетельствует о преобладании кристаллов газифицирующихся примесей, в жидком кислороде. г ' '

Сопоставление экспериментальных ресурсных характеристик с расчетными их значениями показывает удовлетворительную сходимость расчетных и экспериментальных данных. Это свидетельствует о том, что разработанная модель процесса фильтрования может быть использована для расчета ресурсных характеристик фильтров на этапе их проектирования и эксплуатации.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

1. Проведен анализ поведения примесей в криогенных системах на примере жидкого товарного кислорода в процессах его производства и применения.

2. Разработана вероятностно-статистическая модель расчета тонкости и эффективности очистки суспензий (аэрозолей) фильтроэлементами тонкой очистки.

3. Разработана вероятностно-статистическая модель процесса фильтрования, которая при известных свойствах очищаемого криопродукта, параметрах криогенной системы и свойствах фильтровальной перегородки позволяет теоретически рассчитать ресурсные характеристики фильтроэлементов тонкой очистки.

4. Определены необходимые и достаточные характеристики для практической реализации вероятностно-статистического расчета фильтров тонкой очистки.

5. Выявлено, что в условиях нормальной эксплуатации ВРУ в товарном жидком техническом кислороде, отпускаемом потребителю, постоянно присутствуют механические примеси со стабилизированным гранулометрическим составом, поступающие преимущественно из ВРУ. При этом состав механических примесей определяется частицами атмосферно-почвенного происхождения и адсорбента с максимумом

распределения размеров частиц менее 5мкм. Содержание частиц металла с преобладающими размерами 40...250 мкм существенно меньше частиц атмосферно-почвенного происхождения и адсорбента.

6. Разработаны способ и устройство для определения дисперсного состава газифицирующихся примесей жидких криопродуктов.

7. Экспериментально подтверждена возможность анализа дисперсного состава кристаллов диоксида углерода в жидком техническом кислороде седиментационным методом с использованием разработанного способа анализа. Установлено, что основная масса кристаллов диоксида углерода в жидком техническом кислороде имеет размеры менее 2 мкм с предполагаемым максимумом распределения менее 1 мкм.

8. Разработана методика расчета параметров фильтруемой среды при неустановившемся потоке на входе в фильтр. Установлено, что фильтроэлемент может рассматриваться как сосредоточенное сопротивление, а коэффициент гидравлического сопротивления может быть принят по результатам стационарных испытаний.

9. Установлено, что эффективность очистки жидкостей от твердых частиц фильтроэлементами тонкой очистки при гидравлическом ударе существенно меньше ( на 12...90% для частиц размером 20...5 мкм) эффективности очистки в стационарных условиях фильтрования. При этом увеличивается на 40...60% размер частиц, проскакиваемых через фильтроэлемент.

10. Разработана методика комплексной оценки фйльтроэлементов тонкой очистки, теоретически и экспериментально подтвержденная на примерах очистки жидкого товарного кислорода. .

11. Разработаны и внедрены (НПО Криогенмаш, Гипрокислород, НПО Энергомаш ) способ анализа дисперсного состава газифицирующихся примесей жидкого кислорода, а также конструкции фильтров.'

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

: 1. Белов C.B., Павлихин Г.П. О некоторых особенностях фильтрации жидкостей в пористых металлах // Известия ВУЗов. Машиностроение. -1972.-№4.-С.7б...76.

2. Белов C.B., Павлихин Г.П., Пронин H.A. Гидравлическое сопротивление капиллярных каналов при течении сжатого воздуха ' //Известия ВУЗов. Машиностроение. - 1974,- № 4. - С. 60...63.

ч 3. Белов C.B., Павлихин Г.П. Особенности фильтрации

дистиллированной воды в пористых металлах // Известия ВУЗов. Машиностроение. - 1974,-№ 5.-С. 81..84.

4. Белов C.B., Павлихин Г.П. Статья на спецтему // Сб. трудов 4-ой Всесоюзной конференции по микроэнергетике. - 1974.-№ 2. - С. 20...21.

* 5. Гидравлическое сопротивление пористого металла MP I C.B. Белов, А.И. Белоусов, Г.П. Павлихин и др. // Известия ВУЗов. Машиностроение. -1975.-№4.-С. 132...135.

6. Белов C.B., Павлихин Г.П., Спиридонов B.C. Статья ча спецтему //Оборонная техника. - 1977.- №5. - С. 31...33.

7. Павлихин Г.П., Спиридонов B.C. Статья на спецтему //Оборонная техника. - 1977,- № 7. - С. \9...20.

8. Пористый материал на основе металлических трикотажных сеток /Г.П. Павлихин, A.M. Лаптев, В.И. Макарочкин и др. II Известия ВУЗов. Машиностроение. - 1978.-№4. - С. 119...121.

9. Белов C.B., Павлихин Г.П., Спиридонов B.C. Свойства фильтроэлементов из пористых металлов //Известия ВУЗов. Машиностроение. - 1978.- № 5 . - С. 96...101.

10. Павлихин Г.П./Спиридонов B.C. Определение параметров пористых фильтроэлементов // Известия ВУЗов. Машиностроение. - 1978.- № 6. - С.

11. Белов C.B., Павлихин Г.П., Спиридонов B.C. Структурные свойства фильтрующих пористых металлов и методика расчета фильтроэлементов тонкой очистки II Сб. трудов МВТУ им. Н.Э.Баумана. - 1978,- № 277 (Защита окружающей среды). - С. 40...47.

12. Белов C.B., Павлихин Г.П., Спиридонов B.C. Гидравлическое сопротивление пористых сетчатых металлов на ламинарном режиме фильтрации // Порошковая металлургия. - 1979.- № 8. - С. 64...66.

13. Красовицкая Н.Ю., Белов СВ., Павлихин Г.П. О влиянии степени неравномерности распределения потока на эффективность фильтровальных, перегородок из пористых металлов // Теоретические основы химической технологии. - 1979.- №6. - С. 892...896.

14. Гидравлические и акустические свойства пористых металлов / Г.П. Павлихин, А.Н. Николаев, С.К. Баланцев и др. // Порошковая металлургия. - 1980.- № 7. - С. 95...99.

Г5. Красовицкая Н.Ю., Белов C.B., Павлихин Г.П. Стенд для исследования тонкости очистки аэрозолей фильтраций в пористых металлах // Машины. Приборы. Стенды. Каталог МВТУ им. Н.Э.Баумана.

- 1980,-№7. -С.71...72.

16. Определение фракционных коэффициентов проскока фильтровальных перегородок из пористых металлов / Н.Ю. Красовицкая, C.B. Белов, Г.П.Павлихин и др. II Теоретические основы химической технологии. - ■

1980,- №4. - С. 77...81.

17. Фильтры для очистки криогенных жидкостей и газов от примесей

/ С.В.Белов, В.А. Ложкин, ПП. Павлихин и др. // Химическое и нефтяное машиностроение. - 1980,-№ 9. - С. 10...13.

18. Pavlikhin G.P., Krasovickaia К. A. Einfluf uneleichmafiger stromungsprofile auf die Wirksamkeit, vin porosen MetallfTltern // 18 Diskussionsstagung Mechanische Flussgktitsabnrennung: Magdeburg (DDR). -

1981.-S.18.

19. Исследование фракционных коэффициентов проскока лазерным аэрозольным спектрометром / Н.Ю. Карнеева, Ю.В. Жуланов, Г.П.Павлихин и др. //Инженерно-физический журнал. -1981.- N° Ъ. - С. 548

20. Структурные и гидравлические характеристики двухслойных фильтрующих элементов из бронзы / C.B. Белов, Г.П. Павлихин, О.В. Кирикова и др. // Процессы в криогенных установках и системах. Сб. научных трудов НПОТСРИОГЕНМАШ: Балашиха,-1981. - С. 69...75.

21. Стенд для исследования фильтроэлементов тонкой очистки криогенных жидкостей/А.Д. Суслов, В.А. Львов, Г.П. Павлихин и др.

и Машины. Приборы. Стенды. Каталог МВТУ им. Н.Э. Баумана. -1982.-№8.-С.29.

22. A.C. № 1005865. СССР. Способ получения суспензий криогенной жидкости для исследования фильтров тонкой очистки криогенных жидкостей. / В.А. Львов, Г.П. Павлихин, А.Д. Суслов и др. // Бюллетень изобретений. - 1983.- № 11.

23. Фильтровальные характеристики пористого фторлона / C.B. Белов, И.Н. Куварзин, Г.П. Павлихин и др. II Известия ВУЗов. Машиностроение.

- 1983.-№8.-С.147...149.

24. Pavlikhin G.P., Morozova L.L. Structur - und hydraulische Kenndaten von Filtermitten aus porosen Metallen // 20 Diskussionstagung Mechanisce Flussigkeitsabtrennung: Magdeburg. (DDR). - 1983. - S. 27.

25. A.C. № 1074578. СССР. Способ получения суспензии криогенной жидкости для исследования фильтров тонкой очистки криогенной жидкости / В.А. Львов, Г.П. Павлихин и др. // Бюллетень изобретений. -1984,- № 7.

26. A.C. № 1070395. СССР. Стенд для исследования фильтроэлементов тонкой очистки криогенных жидкостей. / В.А. Львов, Г.П. Павлихин, А.М. Домашенко и др. // Бюллетень изобретений. - 1984,- № 4.

27. Павлихин Г.П., Рынсков IO.O. Механические свойства пористых металлов // Известия ВУЗов. Машиностроение. - 1985.- № 7. - С. 14...18

28. Павлихин Г.П., Рынсков Ю.О., Безруков В.И. Определение параметров потока криогенного продукта на входе в фильтроэлемент при гидравлическом ударе // Известия ВУЗов. Машиностроение. - 1986,- № 9. -

29. A.C. № 1249275. СССР. Стенд для испытаний фильтроэлементов в криогенных средах. / В.А.Львов, Г.П.Павлихин,. А.В.Матвеев и др. //Бюллетень изобретений. - 1986,-№29.

30. Львов В.А., Павлихин Г.П. Моделирование процесса седиментации криокристаллов в жидкости при непрерывном отборе проб // Труды МВТУ им. Н.Э.Баумана (Охрана труда и охрана окружающей среды). - 1987,- № 485. - С. 38...51.

31. Львов В.А., Павлихин Г.П., Кобец Ю.Н. Способ определения гранулометрического состава криокристаллов // Известия ВУЗов. Машиностроение. - 1988.- № 1. - С. 60...65.

32. Павлихин Г.П: Исследование состава примесей криопродуктов для оценки безопасности криогенных систем //Труды МВТУ им. Н.Э.Баумана.

- 1988.- № 507( Защита окружающей среды). - С. 38...51.

33. A.C. №1324427. СССР. Способ определения гранулометрического состава. / В.А.Львов, Г.П.Павлихин, Д.И. Масумов и др. // Бюллетень изобретений . - 1987.-№13.

34. A.C. № 1368718. СССР. Стенд для измерения гранулометрического • состава газифицирующихся загрязнений криогенных' продуктов. / В.А. Львов, Г.П.Павлихин, Ю.Н. Кобец и др. //Бюллетень изобретений. - 1988.-№ 3.

35. Львов В.А., Павлихин Г.П. К вопросу о контроле примесей криопродуктов на основе анализа индивидуальных проб // Известия ВУЗов. Машиностроение. - 1988,-№7. - С. 75...78.

36. Павлихин Г.П., Львов В.А. Контроль примесей криопродуктов на основе анализа индивидуальных проб //Известия ВУЗов. Машиностроение.

- 1988.-№9.-С. 39...43.

37. Павлихин Г.П., Рынсков 10.0. Влияние гидравлического удара на расходные и фильтровальные характеристики фильтроэлементов // Известия ВУЗов. Машиностроение,- 1988.-№ 11. - С. 48...52.

38. A.C. № 1383157. СССР. Седиментационное устройство. / В.А. Львов, Г.П.Павлихин, Ю.Н. Кобец и др. // Бюллетень изобретений. - 1988.- №11.

39. A.C. № 1428426. СССР. Павлихин Г.П., Рынсков Ю.О., Потапов В.Н. Композиционный фильтровальный материал для тонкой очистки газов и жидкостей. // Бюллетень изобретений. - Ii)88.- № 37.

40. Павлихин Г.П., Львов В.А. Расчет концентоаций твердых частиц в отбираемой пробе криопродукта // Известия ВУЗов. Машиностроение. -1989,- № 5. - С. 64...67.

41. Павлихин Г.П., Львов В.А. К вопросу о контроле примесей криопродуктов на основе анализа индивидуальных проб // Известия ВУЗов. Машиностроение. - 1989,-№7. - С. 83...88.

42. Павлихин Г.П., Рынсков Ю.О. Влияние гидравлического удара на расходные и фильтровальные характеристики фильтроэлементов //Известия ВУЗов. Машиностроение. - 1989,-№ 9. - С. 10...13.

43. Павлихин Г.П., Рынсков Ю.О., Кузьмич Б.Г. Влияние гидравлического удара на расходные характеристики фильтроэлементов II Известия ВУЗов. Машиностроение. - 1990,- № 1,- С. 57...60.

44. A.C. №1502985. СССР. Способ определения структурных характеристик образцов проницаемых материалов. / В.А.Львов, Г.П.Павлихин, А.П. Графов и др. // Бюллетень изобретений. -1990.-№ 5.

45. Павлихин ГЛ., Львов В.А., Рынсков Е.О. Исследование механических примесей жидкого технического кислорода с помощью пробоотборника-отстойника // Известия ВУЗов. Машиностроение. - 1990,- №10. - С. 5Ö...61.

46. Львов В.А., Павлихин Г.П., Файнштейн В.А. Гранулометрический состав механических примесей в аппаратах воздухоразделительных установок КтК35-3 и БР-2М // Химическое и нефтяное машиностроение. -1991.-№4.-С.40...44.

47. Павлихин Г.П., Львов В.А., Файнштейн В.И. Гранулометрический состав механических примесей в аппаратах воздухораздельных установок КтК35-3 и БР-2М // Химическое и нефтяное машиностроение. - 1991.- №4. -С. 20...21.

48. Павлихин Г.П. Влияние гидравлического удара на характеристики

ильтров криогенных систем // Сб. статей. Издательство МГТУ им. Н.Э.

аумана. -1991 (Криогенная техника и кондиционирование). - С. 71...79.

49. Павлихин Г.П., Рынсков Ю.О. Механические свойства фильтроэлементов при гидравлическом ударе на входе в фильтр

// Известия ВУЗов. Машиностроение. - 1991.- №4...6. - С. 7...12.

50. A.C. №1761213. СССР. Фильтр. / Г.В. Кнутов, Г.П.Павлихин, Б.Г. Кузьмич и др. //Бюллетень изобретений. - 1992.- №12. .

51. Павлихин Г.П. Влияние гидравлического удара на характеристики фильтров //Гидромеханика, гидромашины, гидроприводы и гид^опневмогжгоматика. Тезисы докладов международной конференции. -

52. Павлихин Г.П. Вероятностно-статистическая характеристика

?1Ильтроэлементов // Тезисы докладов научно-технической конференции.

65 лег МГТУ им. Н.Э:Баумана. - 1995.- ч.2. - С. 200.

53. Павлихин Г.П., Львов В.А. Вероятностно-статистические методы оценки характеристик фильтроэлементов тонкой очистки // Вестник МГГУ им. Н.Э. Баумана. Машиностроение. - 1995.- №3. - С. 102...109.

'IV4""

"7 1 1

/ 1 |

/ / / /

/ / / / / / (

/ / / / / / 1 1 /

г а / "V </У л.«/ /

/ / / / у

/ / / / / / / / /

Г I ) »пион С.ГММ1

Рис. 1 Интегральная функция распределения пор фильтроэлемента по размерам.

Рис. 2 Гранулометрический состав механических примесей из нижней части конденсатора-испарителя.

»П? 1

1> Ц

<й Ш 01

I I "ЬСК ПОМЕСИ ея - частицы адсомьита

ш

т

ТШЪТТТТЛтгттгтТТТТТЛ

10 (М ЛО ¿20 (СО 40 КО (АО ТЯ $00 {20 £ «"'и

Рис.3 Гранулометрический состав механических примесей с днища сборника технического кислорода

ТТЛ ю-и

I I - ЬСЕ ПРИНЕС« Г/'/И'ЦАСТццы АД«ер&Ш1А

ю ;о » 40

1(3'.

Рис. 4 Гранулометрический состав механических яримесей со стенок колонны технического кислорода.

¡^юо №»5

50

Рис. 5 Гранулометрический состав механических примесей из накопительно-раздаточного сосуда.

N775

- 'МП11 КЛН1П • - ЫОШ 1МШ

О 5 <° К У И 5» И ТО »0 10 ¡. „

Рис. 6 Гранулометрический состав механических примесей из пробоотборника-отстойника.

Рис.7 Схема отбора проб криосус-пензии.

Рис.8 Схема движения отбираемой пробы криосуспензии.

В?'*'*"

з-

ю ' Л? ¿0

Рис. 9 Зоны течения отбираемой пробы криосуспенэии.

Рис.10 Гранулометрический состав кристаллов диоксидауглерода в жидком кислороде.

О.» , -Л-.,

0:

" «г Лякм

Рис. 11 Гранулометрический состав

кристаллов диоксида углерода . в жидком кислороде.

Рис. 12 Гранулометрический состав кристаллов диоксида углерода в жидком кислороде.

жидких криопродукгов потребителю.

Рис. 15 Зависимость отношений давлений гидравлического удара от скорости движения потока жидкого криопродукта

Рис. 14 Зависимость даления гидравлического удара от

скорости движения потока жидкого криопродукта

Рис. 16 Схема фильтра.

/ /

1 *

/

/

-У

I/ ¿0 ОГ

ск. С..»1*1

...

-

—1—

Рис. 17 Ресурсные характеристики филь-троэлемента ФНС-2...3 при фильтровании жидкого азота.

/

* /

/

/ X

У ✓

1 , /

/ /

/

/ /

/

т;__

"1.1 » « I—1 < 1 / ¿4 У -Ф Г

\

_ 1

— — -

— 1 1

о / $ / / ■

с/с. -1

Г

- 77—

Рис.18 Ресурсные характеристики

фильтроэлемента ФНС-5 при фильтровании жидкого азота.

✓

'в

в ,

1

е , 0 А

- - — '

о ю во м а I/

_ 1

__ _

— — --

о ю л» » и и» ио но но

с/с. си

• г и а и а у> 1* «»*

Рис. 19 Ресурсные характеристики фильтроэлемента ФНС:10 при фильтровании жидкого азота

с/с. (•"Я

--

10 ¿0 ¡О IX 41 10

но ш но

Рис.20 Ресурсные характеристики фильтроэлемента ФНС-10 при фильтровании жидкого кислорода.