автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Обоснование, выбор параметров и создание оборудования по приготовлению водомасляных эмульсий для механизированных крепей

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОТКРЫТЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

РГВ ОД

На правах рукописи

РУЖИЦКИЙ Владимир Петрович

УДК 622.284.54-822:621.6.035.004.55

ОБОСНОВАНИЕ, ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ И СОЗДАНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ ПО ПРИГОТОВЛЕНИЮ ВОДОМАСЛЯНЫХ ЭМУЛЬСИЙ ДЛЯ МЕХАНИЗИРОВАННЫХ КРЕПЕЙ

Специальность 05.05.06 - "Горные машины"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва - 2000

Работа выполнена в ОАО "Малаховский экспериментальный завод"

Научный консультант

докт. техн. наук Балабышко A.M.

Официальные оппоненты:

докт. техн. наук, проф. Кантович Л.И. докт. техн. наук, проф. Мышляев Б.К. докт. техн. наук, проф. Ушаков JI.C.

Ведущее предприятие ОАО «Воркутауголь»

Защита диссертации состоится "¿¿¿' 2000 г. в час >

заседании диссертационного совета Д. 053.20.01. при Московском государс венном открытом университете по адресу: 129805 г. Москва, ул. Павла Корч; гина122.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского гос; дарственного открытого университета. f—

Автореферат разослан k&Z&J.tA 2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

канд. техн. наук Т.А. Ткачеве

2, ¿Г- /г Г)

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

актуальность темы. Эффективная эксплуатация механизированных очистных комплексов для добычи угля зависит во многом от работоспособности их гидросистем. Гидросистема современных комплексов включает, без учета элементов гидрораспределительной аппаратуры, до тысячи силовых гидроцилиндров, успешная работа которых зависит от качества рабочей жидкости (РЖ). Зачастую существующие способы приготовления РЖ (водомасляной эмульсии) и особенно поддержания ее качества во время эксплуатации не соответствуют.необходимым требованиям. Современный уровень развития производства требует разработки и освоения нового, более совершенного оборудования, способного обеспечить высокую эффективность приготовления высоко дисперсных рабочих жидкостей для гидросистем очистных комплексов. Кроме того, важной проблемой остается уменьшение габаритов, металлоемкости и энергопотребления оборудования, которое используется для приготовления высококачественных эмульсий.

Как показывает Отечественная и зарубежная практика, весьма перспективным для приготовления высокодисперсных рабочих жидкостей на основе водомасляных эмульсий является диспергирующее оборудование, работающее по принципу роторно-статорной системы. Применение такого оборудования расширяется и в количественном, и в качественном отношении: увеличивается не только производство такого оборудования, но и область его применения.

Однако более интенсивное и широкое внедрение роторного диспергирующего оборудования сдерживается недостаточной изученностью основных закономерностей его работы и протекающих в нем процессов - как гидромеханических и механических, так и физико-химических. Недостаточно разработаны и 'обоснованы методы расчета параметров оборудования, основанные на изучении нестационарных гидромеханических процессов, протекающих в элементах диспергирующего оборудования, не полностью исследованы вопросы выбора геометрических, кинематических и режимных параметров роторных гидромеханических диспергаторов и их связь с интенсивностью и результатами процесса диспергирования рабочих жидкостей. Таким образом, научное обоснование параметров и разработка нового универсального оборудования для приготовления и регенерации рабочей жидкости, позволяющего повысить надежность гидропривода механизированных крепей, является весьма актуальной научно-технической проблемой для горнодобывающей промышленности.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ - обоснование параметров, расчет и создание оборудования для повышения эксплуатационных свойств рабочей жидкости при ее приготовлении и регенерации (путем диспергирования), позволяющего повысить уровень надежности гидропривода механизированных крепей, а также выработка рекомендаций по его эксплуатации.

ИДЕЯ РАБОТЫ - обеспечение надежности работы элементов гидропривода механизированных крепей очистных комплексов может быть достигнуто за счет повышения дисперсности РЖ при приготовлении и регенерации и, как следствие этого, сохранения ею рабочих характеристик в течение всего периода эксплуатации комплекса.

ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ:

1. Математические модели нестационарного гидромеханического процесса в каналах гидромеханических диспергаторов, позволяющие обоснованно рассчитывать конструктивные и режимные параметры с учетом асимметричного, в общем случае, гидравлического сопротивления, и наибольшей величины отрицательного ускорения РЖ в каналах гидромеханического диспергатора (ГМД), как основного фактора интенсификации процесса приготовления РЖ.

2. Закономерности, позволяющие рассчитывать основные кинематические характеристики течения жидкости и режимы работы ГМД с учетом вязкости обрабатываемой среды н оценивать влияние конструктивных и режимных параметров диспергатора на величину отрицательного ускорения, как основного диспергирующего фактора ГМД.

3. Теоремы о скорости изменения площади поперечного сечения системы каналов (отверстий) ротора и статора при их вращательном соосном движении (для роторного диспергатора аксиального типа) и о равенстве нулю интеграла от импульса ускорения по периоду генерации импульсов.

4. Закономерности течения обрабатываемой среды в диспергаторах радиального и аксиального типов, учитывающие влияние геометрических и режимных параметров ГМД на возбуждение кавитационного режима диспергирования, периодичности течения среды на расчетные кинематические зависимости, а также степень влияния нестационарности потока обрабатываемой среды на интенсивность гидромеханических процессов.

5. Закономерности гидромеханического процесса диспергирования в турбулентном режиме работы ГМД и полученные зависимости для расчета диаметра частиц РЖ и их распределения по размерам.

ЗНАЧЕНИЕ РАБОТЫ

Научное значение работы имеют:

- математические модели нестационарного гидромеханического процесса в каналах гидромеханических диспергаторов, позволяющие получить закономерности и зависимости конструктивных и режимных параметров с учетом асимметричного, в общем случае, гидравлического сопротивления, и наибольшей величины отрицательного ускорения РЖ в каналах гидромеханического диспергатора (ГМД), как основного фактора интенсификации процесса приготовления РЖ;

- математическое описание нестационарного истечения обрабатываемой жидкости через рабочие органы гидромеханического диспергатора.

Практическое значение работы заключается:

в разработке методов инженерного расчета гидромеханического диспергатора и программного обеспечения на ЭВМ, а также в создании на основе разработанной методики конструкции гидромеханического диспергатора и его промышленном применении;

- в разработке итерационной процедуры расчета кавитационного режима работы ГМД при заданном оптимальном числе кавитации с доказательством сходимости итерационных вычислений;

в разработке приближенных способов решения уравнения нестационарного движения жидкости в ГМД, в том числе, на основе эвристического подхода.

РЕАЛИЗАЦИЯ ВЫВОДОВ И РЕКОМЕНДАЦИЙ

установки для приготовления и регенерации РЖ в гидросистеме механизированной крепи на базе насосных станций СНГ (завод им. Петровского), СНЛ (Людиновский агрегатный завод), СИП-55 (Брянский машиностроительный завод) и установка для приготовления РЖ на поверхности шахт и в подземных условиях - УСЭМ серийно выпускаются ОАО «МЭЗ» с 1998 года и эффективно работают и на шахтах ОАО «Ин-тауголь», «Воркутауголь», «Кузнецкуголь», «Кузбассуголь» и в ПО «Бе-ларуськалий»;

- разработана методика оценки эксплуатационных характеристик РЖ механизированных крепей очистных комплексов, которая утверждена Комитетом по угольной промышленности;

- разработана инструкция по приготовлению и регенерации РЖ на смесительных установках на базе насосных станций типа СЫТ, СНЛ, СНП-55, АЗ-2СМ, которая утверждена Комитетом по угольной промышленности.

ДОСТОВЕРНОСТЬ И ОБОСНОВАННОСТЬ НАУЧНЫХ ПОЛОЖЕНИЙ, ВЫВОДОВ И РЕКОМЕНДАЦИЙ

Заключается в том, что математические модели нестационарного гидромеханического процесса, протекающего в рабочих зонах ГМД, корректно подтверждаются:

- достаточным объемом экспериментальных исследований работы ГМД в лабораторных и промышленных условиях;

- удовлетворительной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований, расхождение между которыми не превышает 15%.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты диссертационной работы докладывались на Международном семинаре "Проблемы и перспективы развития горной техники" (секция 'Торные машины и оборудование")

(Москва, 1994), на научно-технической конференции "Композиционны материалы и изделия из них под воздействием различных видов энергии (Москва, 1995), на IX Всероссийской конференции "Математические м( тоды в химии" (Тверь, 1995), на научно-технической конференции "Пош мерные материалы: производство и экология" (Ярославль, 1995), на Г Всероссийском научно-техническом семинаре "Пути и средства повьшк ния экологической безопасности гальванических производств" (Ярославл: 1995), на Международном симпозиуме "Горная техника на пороге XXI в( ка" (Москва, 1995); на Всероссийской научно-технической конференци "Проблемы химии и химической технологии" (Курск, 1995); на Междун; родном научно-практическом семинаре "Применение роторных гидр ом 1 ханических диспергаторов в горнодобывающей промышленности: теори: практика" (Солигорск, 1998); на Межреспубликанском научнс практическом совещании "Актуальные проблемы теории, практики и со: дания роторных аппаратов" (Малаховка, 1999); на научно-техническо конференции "Метрологическое обеспечение эксплуатации и хранена технических объектов" (Москва, 1999); на научно-технической конфере! ции "Материалы и изделия из них под воздействием различных виде энергии" (Москва, 1999); на III Международном симпозиуме "Техника технология экологически чистых производств" - программа ЮНЕСК (Москва, 1999); на IV Международной научно-технической конференця "Вибрационные машины и технологии" (Курск, 1999); на Международно научно-практической конференции "Энергетическая безопасность Росси: Новые подходы к развитию угольной промышленности" (Кемерово, 1999 на XVII Международной конференции "Методы граничных и конечнь элементов в механике деформируемых тел и конструкций" (Санк Петербург, 1999); на Международном экологическом конгрессе (V Вссро сийской научно-практической конференции) "Новое в экологии и безопа ности жизнедеятельности" (Санкт-Петербург, 2000); на конференщ "Неделя горняка" (Москва, 2000); на Международной конференции "М тематические методы в технике и технологиях" (Санкт-Петербург, 2000)

публикации. По теме диссертации опубликована 61 работа, в тс числе 1 монография, получено 13 патентов РФ.

структура и объем работы. Диссертация состоит из введет 8 глав, заключения и 3-х приложений, содержит 325 страниц машинога: ного текста, 56 рисунков, 5 таблиц и список использованной литературы 172 наименований.

Автор выражает благодарность за научно-методическую помо! проф., докт.техн.наук А.И. Зимину, канд.техн.наук. А.Н. Ракитш канд.техн.наук. Л.А. Омеличкиной, а также коллективу ОАО "МЭЗ", котором освоено серийное производство диспергирующего оборудование

основное содержание работы

Обеспечение надежности гидрофицированнэй угледобывающей техники на сегодняшний день является первоочередной задачей в деле повышения рентабельности горного производства и повышения безопасности труда горняков.

Существенный вклад в решение различных аспектов проблемы надежности горных машин и, в частности, механизированных крепей очистных комплексов внесли ученые: Б.А. Александров, В.А.Бреннер,

B.Н.Гетопанов, М.С.Гудилин, А. А .Гриди н, А.В.Докукин, Л.А.Зиглин,

C.К.Кабиев, Л.И.Кантович, Ю.А.Коровкин, И.С.Крашкин, Ю.Д.Красников, А.Б.Логов, Б.К.Мышляев, И.Л.Пастоев, Ю.Ф.Пономаренко, В.А.Потапенко, Г.С.Рахутин, А.Я.Рогов, В.И.Солод, Г.И.Солод, С.В.Солод, В.Я.Спо-рыхин, В.В.Старичнев, В.М.Степанов, А.В.Топчиев, Л.С.Ушаков и др.

Опытом эксплуатации и исследованиями установлено, что наименее надежным и наиболее дорогостоящим в механизированной крепи является ее гидрооборудование. Анализ наблюдений за работой мехкрепи и экспериментальные исследования показали, что решение проблемы повышения надежности гидропривода невозможно без улучшения качества рабочей жидкости и постоянного поддержания его во время эксплуатации комплекса.

Обеспечением гидросистем механизированных крепей очистных комплексов высококачественными водомасляцыми эмульсиями занимались энергомеханические службы угольной промышленности, ННЦ ГП "ИГД им. А.А.Скочинского", ОАО "Гипроуглемаш", ВНИИПТУглемаш, Горловский машиностроительный завод, ОАО "ПНИУИ", Отраслевая научно-исследовательская лаборатория смазок и рабочих жидкостей при Коммунарском горно-металлургическом институте, ОАО "МЭЗ" и другие организации.

Задача обеспечения высокого качества РЖ при ее приготовлении может быть решена за счет создания новых видов эмульсолов, обладающих высокой адгезионной способностью и способностью к самоэмульгированию, а также за счет создания и внедрения в производство эффективного диспергирующего оборудования. Проблема же поддержания качества РЖ в период эксплуатации гидрооборудования может быть решена только путем преднамеренного диспергирования, то есть создания специального оборудования, работающего непрерывно в гидросистеме.

Созданием РЖ механизированных крепей на основе новых эмульсолов занимались М.И. Агафонова, O.A. Васильев, Г.И. Синяков, A.C. Чуч-марев и другие исследователи.

В теорию и практику создания установок для приготовления и регенерации РЖ гидросистем мехкрепей (табл. 1) и исследования влияния их

Таблица 1

Классификация установок по приготовлению и регенерации РЖ для механизированных крепей очистных комплексов

работы на качество получаемых эмульсий внесли следующие специалисты: А.М.Балабышко, А.И.Зимин, В.Д.Клейман, А.Н.Меркулов, Л.А.Омеличкина, А.М.Рагутский, А.Н.Ракитин, Р.Г.Саруханов, А.Ф.Сбежнев, В.В.Симонов, В.Ф.Юдаев и другие.

Как показывает отечественная и зарубежная промышленная практика, наиболее эффективным для интенсификации сложного комплекса явлений в процессе диспергирования компонентов РЖ зарекомендовали себя гидромеханические диспергаторы (ГМД), работающие по принципу ро-торно-статорной системы, причем в боковых стенках ротора и статора выполнены сквозные отверстия (каналы), периодическое совмещение и рас-совмещение которых вызывает разгонное и тормозное периодически повторяющееся течение РЖ в каналах. Такая организация течения чрезвычайно эффективно действует на компоненты РЖ, интенсивно их диспергируя.

В рабочих органах ГМД реализуется широкий комплекс воздействий на обрабатываемую среду: высокие сдвиговые напряжения в радиальном зазоре между ротором и статором, колебания скорости и давления, акустические колебания, вибрации, турбулентные пульсации, разгонно-тормозные течения, мощная импульсная кавитация.

Расширение области применения и повышение надежности диспер-гаторов требуют более полного изучения основных закономерностей нестационарных гидромеханических процессов течения РЖ в рабочих зонах диспергирующего оборудования и разработки обоснованных методов расчета конструктивных и режимных параметров такого оборудования.

Объектом настоящего исследования являются гидромеханический диспергатор (ГМД); его режимные и конструктивные параметры и их обоснование, а также разработка методов расчета ГМД.

1. ГИДРОМЕХАНИКА ТЕЧЕНИЯ РЖ В ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОМ

ДИСПЕРГАТОРЕ

1.1. Теоретические исследования нестационарного (разгонно-тормозного) движения рабочей жидкости в каналах ротора и статора гидромеханического диспергатора

Основным энергетически активным элементом установки для приготовления рабочей жидкости (высокодисперсной эмульсии типа "вода-масло") является роторно-статорная система. Рабочая жидкость, перемещаясь из центральной области диспергатора к его периферии через периодически совмещающиеся отверстия в боковых стенках ротора и статора, также периодически прерывается, когда эти отверстия рассовмещаются. Движение рабочей жидкости происходит под действием градиента давления, обусловленного факторами: внешний насос (который может отсутствовать) и вращение рабочей жидкости в полости ротора, которое за счет центробежных сил инерции выдавливает рабочую жидкость на периферию полости ротора, затем через канал ротора в зазор между ротором и статором и далее - в канал статора и в рабочую камеру.

Гидромеханические процессы в полости ротора и рабочей камере (рис.1), в каналах ротора и статора, а также в зазоре между ротором и статором отличаются нестационарностью, турбулентностью и, как следствие, чрезвычайно трудны в описании и при анализе. Кроме того, в рабочей камере при определенных режимах течения РЖ возникает кавитация.

Для расчета основных параметров ГМД и гидромеханических процессов в нем можно воспользоваться нестационарным уравнением Бер-нулли, которое с достаточной точностью дает возможность рассчитать параметры потока РЖ:

(1)

т 2а 2

где р - коэффициент количества движения потока РЖ; - мгно-

венное значение средней по сечению канала статора скорости; Q(t) - объемный расход среды (РЖ); - площадь сечения канала статора; р-плотность РЖ; ¿1 - гидравлический диаметр каналов; ^ - суммарный коэффициент местного гидравлического сопротивления, зависящий от времени и фактора формы и нестационарности и, содержание которого будет раскрыто в дальнейшем изложении; 1=1Р+1С - суммарная длина каналов ротора и статора; Л - коэффициент гидравлического сопротивления трения; АР - перепад давления между полостью ротора и рабочей камерой, определяемый типом насоса и центробежными силами, возникающими в рабочих органах диспергатора.

Рис. 1. Гидромеханический диспергатор ГМД: корпус 1 и подшипниковый корпус 2, крышка 3, ротор 5, стакан 7, аппарат направляющий 8, диафрагма 9, колесо 10, полумуфта 11, крышка 12, вал 14, втулка 15, втулка 16, подшипники 24

Для ГМД с аксиальным движением рабочей жидкости величина ДР зависит и от угловой скорости ротора, поэтому уравнение (1) - уравнение движения жидкости для ГМД аксиального типа, а для ГМД радиального типа аналогичное уравнение имеет вид:

(2)

где Яр - радиус ротора; со- его угловая скорость.

Следует учесть, что начиная с этого места, при дальнейшем изложении величина др как в уравнении (2), так и в уравнении (1) будет считаться независящей от угловой скорости ротора.

В уравнениях (1) и (2) коэффициенты р,являются нестационарными величинами.

Переходя к безразмерным величинам скорости и1 = и/ и времени

/ Ц

т=Шо (здесь масштабы скорости и времени), из уравнения (1) получаем (для маловязких жидкостей, для которых силы вязкого трения меньше остальных сил):

(3)

а из уравнения (2) получаем:

(4)

где Но - критерий гомохронности, Но = и0 ¡0/21; Ей - критерий Эйлера, £и=2ДР/р} ■ Но - ротационный коэффициент.

При написании уравнений (3) и (4) учтено, что коэффициент р с точностью, достаточной для инженерных расчетов, равен единице, коэффициент !(/) включен в С(т, п). Принимая масштабы скорости и времени соответственно:

, , =

0 р1 ; 0 СОЯ •

где ас- ширина канала статора; а- угловая скорость ротора; Я - радиус ро тора, получим:

— +НоС(т,п)у? =1+— С5

¿г ^ ' Но {

В этом уравнении С(г, п) - известная функция; Но - постоянный дл: каждого случая параметр; н'(г) - искомая функция. Для нахождения зави симости скорости течения РЖ от времени необходимо знать функции ((т, п) - гидравлическое сопротивление прерывателя.

Нами разработана универсальная модель гидравлического сопротивления ГМД как функция времени, включающая в себя всякий возможный вариант (имеется в виду произвольная форма поперечного сечения каналов). Соответствующие расчетные соотношения, полученные нами, здесь не приводятся по причине их громоздкости. Функция ((г) задана в виде комбинации гиперболической и степенной функции (рис.2, п - показатель степени).

^ Стъх, / ;

ш-

У

Л

<Го.М=

^ ш!п >

А> 1

1A,Л^\

Л, А)

и

шах, г

т < О 0<г<1 1<г<л А<т<А+1

т>А +1.

(6)

Постоянные Аои б^Лд л+/> В.1А+1 выражены формулами

В01 =

01

^тах,/

-1

^01 ~

С

-1/"«/_ тт

-1/" 01 гпах. /

-"01

В

А, А+1

К

тт

-1

1, .4+1—

р тт - тах.,г

р тт Ь щах, г ]

Уравнение (5) позволяет сделать следующее:

1) определить расход РЖ через ГМД, перейдя от безразмерных переменных к размерным:

е(0= ¡оя(х>у>2>мз =

где ь„ (х, у, г, I) - нормальная составляющая скорости к плоскости поперечного сечения канала (поскольку в данной работе мы оперируем со среднерасходной скоростью, то и„ совпадает с и); - площадь поперечного сечения канала статора;

2) найти количество РЖ (массу т), прошедшей обработку в ГМД за любой интервал времени Л/:

п

Рис.2

Д/

о

3) определить величину отрицательного ускорения РЖ, отвечающего за кавитацию (а значит, и за интенсивность диспергирования РЖ и за качество РЖ), как безразмерного ускорения:

Соответствующие функции ат (Но, £"/, ), ат(Но, С/, Сг) не приводятся, так как само дифференцирование труда не составляет, а получающиеся выражения довольно громоздки;

4) исследовать влияние режимных (со, д, АР) и конструктивных параметров (I, Ер. Яь Яс, ар, ас, 2р, 7С) на функции 0(0, м(0, ат(Но, , ат(оз, ё, АР...), искать и находить максимумы или минимумы этих функций по каждому из аргументов и отсюда рационализировать параметры ГМД или достигать более рациональных режимов работы;

5) определить энергию каждого импульса, генерируемого в ГМД:

Здесь с - скорость распространения колебаний в РЖ; '/с - количество каналов статора. Заметим, что указанные 5 пунктов не исчерпывают всех возможностей, заложенных в уравнении (5). Например, можно определить полезную мощность как полную, так и отрицательной части импульса ускорения, эффективную длительность импульса и др.

Итак, построена математическая модель нестационарного гидромеханического процесса в каналах диспергатора для несимметричного во времени гидравлического сопротивления.

1.2 Исследование основных свойств течения рабочей жидкости в ГМД аксиального и радиального типа.

Для решения проблем оптимизации и рационализации ГМД важно знать основные свойства нестационарных течений рабочей жидкости в диспергаторе. К ним относится важное свойство, заключающееся в том,

так и размерного ускорения

и полную энергию, вырабатываемую 7.с каналами за время АР.

Е=Е]2С Аг со.

что определенный интеграл от функции /(/) = —(0 в пределах от 0 до Т (Т - период генерации импульсов в ГМД) равен нулю:

(7)

В работе нами это утверждение строго доказано, и, кроме того, рассмотрены другие свойства течения РЖ в ГМД, некоторые из них приведены здесь в графическом виде (рис.3) для зависимостей глубины импульса ускорения от угловой скорости ротора для ГМД радиального типа («рад») и для ГМД аксиального типа («акс»).

Оценка влияния основных геометрических и режимных параметров роторного гидромеханического диспергатора на течение РЖ и на кавита-ционный режим диспергирования РЖ приведена здесь в графическом виде: это влияние компактно представлено на рис. 4. Приведенные зависимости указывают на основные тенденции пяти основных зависимостей и позволяют априори в инженерных расчетах ГМД учитывать меры этого влияния.

Гидромеханические диспергаторы в традиционном конструктивном исполнении отличаются тем, что каналы ротора и статора в них имеют прямоугольную форму сечения. Вместе с тем, исследованиями автора и коллег установлено, что выполнение каналов другой формы позволяет повысить эффективность работы ГМД. В частности, ГМД с каналами треугольной формы обладают способностью увеличения степени энергетической обработки РЖ - за счет расхода жидкости при неуменьшающейся глубине импульса отрицательного ускорения (т.е. при неуменьшающейся энергии импульсов). Нами проведен расчет площади 8(1) проходного сечения ГМД с каналами треугольной формы, показано, что в момент генерации импульса ускорения скорость изменения площади 8(1) равна

¿К Л

2 а 'соЯ

-к-со К

(8)

где Н - высота каналов.

Ж/

Знание величины скорости изменения площади /¿^ важно для

расчета глубины импульса отрицательного ускорения, которая, в свою очередь, определяется скоростью изменения гидравлического сопротивления С(т) ГМД:

ТГ2

1

-1

_1_

сЛт '

(9)

ап\ тш

Рис. 3. Основные кинематические характеристики течения РЖ в ГМД аксиального и радиального типов

Рис. 4. Характеры зависимости предельного значения глубины импульса ускорения жидкости в ГМД от основных геометрических и режимных параметров

2. РЕШЕНИЕ УРАВНЕНИЯ ДВИЖЕНИЯ РЖ В ГМД

2.1. Приближенные и эвристические методы решения уравнений движения рабочей жидкости в ГМД

При решении рабочих (основных) уравнений (5) течения РЖ в ГМД приходится сталкиваться с некоторыми проблемами. В частности, это уравнение нелинейно, кроме того, известные и искомые функции — периодические. В связи с этим были разработаны методы решения уравнений движения РЖ в ГМД, включая приближенные и эвристические. В частности, для глубины импульса ускорения в безразмерном виде получена формула

с!м>

сс =

ш ,

ат

1

Шо

гИ «¡Но^^х2 ¿С 2<Гтах/2 ' Л"

(10)

Из этой формулы следует, что глубина импульса ускорения увеличивается с уменьшением критерия гомохронности и с увеличением скорости изменения гидравлического сопротивления (т.е. крутизны правой ветви функции £(т)).

В предположении справедливости условия С, ~ м>~1 (выполняющемся на этапе торможения РЖ в ГМД) и при условии чрезвычайно малых (Но« 1) значениях критерия гомохронности и для ГМД с аксиальным движением РЖ связь ат и Но очень проста:

ат~-Но. (11)

Следует учесть, что режимы работы ГМД, соответствующие формуле (11), чрезвычайно труднодостижимы в условиях, отличных от лабораторных.

Если связь ¿;(т) и представить в виде С—Ь ■ № (где константа Ь подлежит определению из численных расчетов или эксперимента), то расчетные формулы для )г(г) и ат способны охватить более широкий круг практически важных случаев:

1-У

{Но.ъГ\\-2у)г~Т' (12)

где у = \\/-(Но ■ .

Формула (12) записана в неявном виде, так как соответствующая ей формула в явном виде без труда получается в результате тождественных преобразований, но достаточно громоздка.

Не ограничивая общности решения, решим уравнение (5) при одинаковой ширине каналов ротора и статора: ар=ас , но прежде построим решение уравнение (5), пользуясь методом асимптотического разложения по малому параметру (в таком случае малым параметром служит величина критерия гомохронности Но):

w

t

(r) = w(o) -rv-Ho^(x)x2dx 0

(13)

Формула (13) дает приближение решения исходного уравнения (5) для малых величин критерия гомохронности Но (Но <1), отличающееся от точного решения на величину порядка Но2.

Для рассматриваемого случая ар=ас (при этом предполагаем, что сечения каналов ротора и статора прямоугольные, п=2) функцию £(т) можно представить в виде

_

<Г(г) =

0< г<1

(14)

1 < г<2

здесь £ ] - минимальное сопротивление, а ¿¡г - максимальное.

Однако у решения уравнения (5) есть замечательное свойство: функция IV(г) в интервале 0<г<1 практически не зависит от вида функции £(т) на начальном ее участке (это подтверждено численными вычислениями точного решения уравненЪга (5), поэтому с полным основанием можно считать:

_

V, 0<г<2

ем =

-+2-Т

(15)

Подставляя выражение (15) в формулу (13) и вычисляя интеграл, получим

г + -

- + 2 ííln(a-r)

а = 2 +

(16)

Таким образом, соотношение (16) является аналитическим решением в критериальном безразмерном виде нелинейного уравнения (5), что позволяет достаточно легко анализировать гидромеханические процессы в каналах ротора и статора ГМД и рассчитывать основные параметры этих процессов и некоторые параметры диспергатора.

На рис. 5 представлены результаты расчетов зависимостей безразмерной скорости w(í) и ускорения w(f) для различных величин критерия гомохронности Но и безразмерного зазора А = у (величина зазора влияет

/ с

на начальную скорость щ). Сравнение точных (полученных численными методами) и приближенных (по соотношению (16), показанных на рис.5 пунктиром) показывает хорошее их согласие.

w(T) 2

Рис. 5

2.2. Точные решения уравнений движения рабочей жидкости в ГМД

Уравнение движения РЖ (5) решено точно численными методами в широком диапазоне изменения основных определяющих движение РЖ параметров. При этом учтено, что от периода к периоду генерации импульсов в ГМД необходимо «сшивать» решения на границах периодов, доказано (что важно для практических расчетов), что кривая w(r) обладает свойством насыщения от периода к периоду, а величины максимальной (w„m) и минимальной (wmin) скоростей стремятся с течением времени к вполне определенным (при данных геометрических и режимных параметрах ГМД) значениям.

Универсальная модель гидравлического сопротивления ГМД, разработанная в данной работе и представленная на рис. 6, позволила установить, что левая и правая ветви гидравлического сопротивления Qt) совершенно по-разному влияют на одну из основных характеристик работы ГМД - на глубину импульса ускорения РЖ ат (рис.6). Численными расчетами установлено, что величина ат слабо зависит от левой ветви ((т) (т.е. от стадии разгона РЖ) и чрезвычайно сильно от правой ветви С(г) (т.е. на стадии торможения РЖ), показанной на рис. 6 б, откуда следует, что возрастает с увеличением крутизны гидравлического сопротивления как функции времени на этапе торможения РЖ. Этот теоретический результат нашел экспериментальное подтверждение и учтен при разработке и конструировании ГМД.

Кроме ширины канала а ротора и статора ГМД важным параметром, определяющим, в частности, расход Q РЖ в ГМД, является высота каналов h (высота сечения каналов).

Задача корректного расчета величины h до настоящего времени не ставилась, поэтому и не решалась. Чрезвычайная трудность расчета величины h заключается в том, что в исходных уравнениях присутствует вели чина гидравлического эффективного диаметра канала, зависящая от ши рины канала а и высоты h. А как рассчитать режим работы ГМД и вычис лить h, если ею нужно априори задаваться? Каков выход из этого парадок сального и тупикового, на первый взгляд, положения? Нами разработан; итерационная процедура расчета навигационного режима работы ГМД снимающая эту парадоксальность. Суть процедуры заключается в поэтап ном многократном расчете величины h. На первом шаге, когда о величин h ничего не известно, считаем ее бесконечно большой, поэтому гидравли ческий диаметр на этом этапе равен

2 ah

d0 =—~Г =2а. (17

a+h

Во всех предыдущих известных нам исследованиях величина d прг нималась именно такой. Из условия (17) при помощи уравнения (]

Рис. 6. Влияние левой и правой ветвей гидравлического сопротивления ГМД на глубину импульса ускорения РЖ

рассчитываем ускорение й,„ о , откуда, в свою очередь, задаваясь числом кавитации X > рассчитываем высоту Л;:

1 2 2 2 X Р -а-ат,0

На втором шаге рассчитываем новое значение гидравлического диаметра канала с//., 2в-А,

(18)

Снова по уравнению (1) рассчитываем глубину импульса ускорения, на этом шаге равную а„к1 и соответствующую значению высоты канала:

и

Г(19)

Далее процедура вычисления повторяется необходимое число раз до достижения заранее заданной (сколь угодно малой) погрешности в расчете /?. Нами доказана сходимость последовательности Ь1(1=1,2,3,...т). На рис.7 приведены зависимости с!(к), Ма») и ат(с1); графически представлена пошаговая процедура расчета к

2.3. Учет вязкости рабочей жидкости при расчете режимов работы ГМД

Сравнение результатов численных расчетов глубины импульса ускорения для вязкой и невязкой жидкостей по уравнению (5), дополненному членом с критерием Не, позволило получить формулу для расчета глубины импульса ускорения РЖ:

ат1Ф0=ат1=0-[1-Ку), (20)

где поправочный коэффициент зависит от кинематической вязкости V жидкости, длины каналов /, ширины канала а, угловой скорости ротора со, его радиуса и гидравлического диаметра с1:

10 ■ к • /

Формула (21) справедлива для течения РЖ для большинства практически важных случаев, характеризующихся, в частности, такими параметрами: со~300рад/с; а~1СГ3м; с!~а; 1~10'2м; 11~1(11м\ у~10"6 м2/с.

Рис. 7

Итерационная процедура расчета кавитационнош режима работы ГМД (к расчету высоты канала ГМД при заданном числе кавитации)

3. ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ И РЕЖИМНЫХ ПАРАМЕТРОВ ГМД НА ВОЗБУЖДЕНИЕ КАВИТАЦИОННОГО РЕЖИМА ПРИГОТОВЛЕНИЯ РАБОЧЕЙ ЖИДКОСТИ В ДИСПЕРГАТОРЕ

Для функций скорости и ускорения от времени можно выделить две характерные точки: первую - значение г*, при котором скорость достигает максимального значения, вторую - значение т**, при котором ускорение РЖ достигает максимального (по модулю) значения.

Найдем эти точки и соответствующие этим моментам времени значения скорости и ускорения. Скорость достигает максимума в момент времени

Е

(22)

2 +.

т*= ■

1 + ^

Из выражения (22) следует важная особенность работы ГМД: с увеличением величины критерия гомохронности т* уменьшается, т.е. момент, когда скорость достигает наибольшего значения, т* смещается к середине интервала 0<т<2; наоборот, с уменьшением Но, момент, когда скорость максимальна, т* смещается к т -2.

На значения Но, входящие в формулу (22), накладываются, очевидно, следующие ограничения:

1

<Но< 1

Абсолютная величина ускорения РЖ | <ЬшШ | максимальна при максимальном гидравлическом сопротивлении на интервале т, т.е. г**=2. Определим теперь величину максимальной скорости:

2+

:=и(г*) = и>(о)+

-НоС,

2+

1+ >/й<

(23)

Выражение (23) достаточно громоздко и очевидному аналитическому рассмотрению не подлежит. Тем не менее формула (23) позволяет достаточно просто, не прибегая к ЭВМ, исследовать влияние различных параметров ГМД и параметров течения на величину максимальной мгновенной скорости, а следовательно, и на величину максимальной кинетической энергии единицы объема РЖ.

Для максимального отрицательного ускорения запишем:

Чв« =1-4^2 • (24)

Из выражения (24) видно, что экстремальное ускорение имеет отрицательный знак, что и требуется для возбуждения кавитационного режима

диспергирования в ГМД. Определим величину максимального отрицательного ускорения в размерном виде:

(25)

Выражение (25) позволяет выработать рекомендации для достижения режима кавитационного диспергирования РЖ в ГМД.

1. Для увеличения отрицательного ускорения, диспергирующего РЖ при помощи возбуждения кавитации, следует увеличивать перепад давления АР, причем связь АР и ат не пропорциональна, не линейна.

2. Увеличение максимального гидравлического сопротивления ГМД

приводит к усилению диспергирующей способности оборудования:

увеличение сопротивления достигается уменьшением радиального зазора 5 в соответствии с формулой

Выбор рациональных конструктивных параметров диспергатора основан на выполнении требования максимальной глубины отрицательного импульса ускорения ат рабочей жидкости. Проведем анализ гидромеханических процессов при А=ар/ас, на основе этого анализа получены соотношения, позволяющие сделать выбор рациональных параметров.

При /4>1 коэффициент гидравлического сопротивления можно представить в виде

<г(0=

^ггпп

О <Т<А

Р.

{Р + А + 1 - г)2

^тах

А < г < А +1;

(26)

т>А+1.

Тогда решение исходного уравнения (5) можно получить, взяв интеграл (6):

( 3- \

г +2а1п(а-г) + —— + с

а-т

(27)

В формуле (26) постоянная /7 есть:

Кг

К*'

а в формуле (27) постоянные а и с равны соответственно:

а = ($ + А +1;

с

V

с —--1--а(2а 1пй + 1)

Но у] Но С так С тш

Импульс, возбуждающий кавитацию и отвечающий за интенсивность кавитационного режима диспергирования РЖ, пропорционален производной сЬуМ, достигающей максимума при г =Л+1. В этот момент производная отрицательна и равна

^"и;) =1-Й + 1)2^Ст ах. (28)

Чт/т = А + 1

Из соотношения(28) видно, что ат< 0\ а также ясно, что с увеличением величины А импульс становится все глубже, что, вообще говоря, способствует возбуждению кавитации. Однако увеличение параметра А имеет пределы в силу конечных размеров ротора ГМД, и возникает необходимость оптимизации величины А. Такая цель достигается при изменении организации течения РЖ в каналах ГМД за счет реконструкции гидравлического сопротивления. Подобная организация гидравлического со-прогивления позволяет отодвинуть в область больших значений времени максимум скорости и тем самым достичь уменьшения скорости м> ( т ) от максимальной до минимальной за возможно короткое время.

При такой организации гидравлического сопротивления, когда часть ширины канала ротора (ар>ас, т.к. А> 1), соответствующая интервалу времени 0 < 1 < А, закрыта препятствием с коэффициентом гидравлического сопротивления, повышающим общее сопротивление, возможна максимизация ускорения РЖ, и импульс ускорения достигает максимальной глубины, равной

4

(29)

Так как расстояние между соседними каналами статора, по крайней мере, равно ар или больше (что предпочтительнее), то количество каналов ГМД равно

2лЯ 2 лЯ 1

Реализация соотношений (29), (30) позволяет интенсифицировать кавитационный режим диспергирования РЖ в ГМД без изменения его габаритов и мощности привода.

4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ ПРИ РАЗРАБОТКЕ ДИСПЕРГАТОРОВ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ВЫСОКОДИСПЕРСНОИ РАБОЧЕЙ ЖИДКОСТИ

Рассмотренные выше результаты применимы как к базовому ГМД (рис. 1), так и к любой его разновидности, принципиально не отличающейся от базовой модели. Вместе с тем проблема более эффективного и рационального распределения подводимой к ГМД энергии во времени и пространстве (для эффективного ударного воздействия на РЖ с целью эффективного ее диспергирования) должна решаться с привлечением возможно большего количества физических факторов воздействия на РЖ. Такими факторами являются резонансные колебания, позволяющие при тех же входных потоках энергии достигать высоких плотностей энергии; эффект сжатой пружины, позволяющий запасти энергию за счет некоторого ослабления воздействия на первом этапе модуляции скорости и увеличения воздействия на РЖ на втором этапе модуляции; уменьшение количества генерируемых импульсов в единицу времени с одновременным усилением энергетического воздействия каждого импульса.

Использованию этих трех физических эффектов посвящены разработки трех конкретных ГМД.

На основе проведенных теоретических исследований (с учетом их сравнения с экспериментальными результатами) разработаны конкретные гидромеханические диспергаторы, в которых усилено влияние вышеперечисленных физических факторов интенсификации процесса приготовления высокодисперсной рабочей жидкости процесса диспергирования.

4.1. К расчету параметров резонансного гидромеханического дис-пергатора.

Выполнение полости ротора и рабочей камеры цилиндрическими с согласованными радиусами кривизны поверхностей позволяет получить резонансные колебания, интенсифицирующие процессы диспергирования одновременно в полости ротора и рабочей камере при определенной скорости вращения ротора.

Проведем расчет размеров полости ротора и рабочей камеры, обеспечивающих достижения резонансного режима работы. В цилиидрической области с радиусом внутренней поверхности К (т.е. в полости ротора) резонансные колебания гидромеханических параметров (скорость, давление) определяются уравнением

МуЙ) = 0, (31)

где,/] - функция Бесселя первого порядка, У - собственное число полости ротора.

Для полости рабочей камеры аналогичное уравнение несколько более громоздкое:

Nl^Rк)J^Лc)=Nl^MRc)Jl{мRк)í (32)

где ЛГ1 - функция Неймана; М - собственное число полости рабочей камеры; Я с - радиус внешней поверхности статора; Я к- радиус внешней поверхности рабочей камеры гидромеханического диспергатора.

Решая уравнения (31) и (32) совместно, получаем связь между величинами Я р, Я с Я к :

3,83 + я (и-1) к

я) И"1АЗ- (33)

Резонансный режим работы диспергатора применим в том случае, когда параметры (режимные и конструктивные) установки не позволяют по какой-либо причине достичь кавитационного режима диспергирова-ния(педостаточна мощность привода, невозможность при данных соотношениях размеров ротора, статора и корпуса оптимизации кавитационного режима диспергирования).

Для достижения резонансного режима одновременно и в полости ротора, и в рабочей камере необходимыми условиями являются:

- жесткая связь между геометрическими параметрами диспергатора в соответствии с соотношением (33);

- соответствие кинематических (угловая скорость ротора) и геометрических параметров диспергатора:

су

<34>

где с - скорость звуковых волн в диспергируемой среде РЖ; Ъ - количество отверстий (каналов) в роторе (статоре); У п- собственное число полости ротора:

у„ = 3,83+ф-1). (35)

Например, при с-1500 м/с, п=1; Яр =200 мм; 2=48 угловая скорость ротора равна со =600рад/с, что соответствует частоте вращения п=95 с'1.

4*2. К расчету роторного гидромеханического диспергатора

с упругим валом

При условии выполнения вала ротора упругим (т.е. ротор установлен с возможностью крутильных колебаний) удается решить задачу получения более глубоких отрицательных импульсов давления (эффективно возбуждающих кавитацию) при тех же затратах энергии за счет ее перераспределения во времени и пространстве.

Чтобы рассчитать основные параметры такого диспергатора, необходимо учесть наличие крутильных колебаний ротора. Соответствую щи? расчет произведен нами, но в силу его громоздкости здесь не приводится В итоге получен компактный результат: между шириной каналов а азиму-

тальном направлении и расстоянием между их кромками Ь существует следующая связь:

Ь=а(3+4п), п = 0,1,2,3,... . (36)

Условие (36) является необходимым для достижения положительного эффекта (генерация более глубокого импульса давления, возбуждающего кавитацию), интенсивность же этого эффекта определяется коэффициентом упругости вала привода и моментом инерции вала и ротора.

Ясно, что максимальное диспергирующее действие ГМД на РЖ оказывается при малых значениях п, так как при больших п возможно некоторое рассогласование крутильных колебаний ротора и процесса модуляции скорости РЖ (эффект возможного рассогласования ослабляется в значительной мере самосинхронизацией указанных двух процессов, тем более эффективной, чем ближе частота собственных колебаний вала и частота генерации импульсов).

4.3. К расчету низкочастотного гидромеханического диспергатора

Низкочастотный гидромеханический диспергатор решает задачу увеличения времени разгона рабочей жидкости в каналах ротора и статора за счет того, что каналы ротора шире каналов статора, а часть поперечного сечения канала ротора закрыта местным гидравлическим сопротивлением типа "гребенка", причем гидравлическое сопротивление вплотную примыкает к одной стснке канала ротора, оставляя другую свободной.

На рис.8 представлены в сравнении функции С (О11 и (О Для ГМД-12 и низкочастотного ГМД (НЧГМД).

При равенстве мгновенных ускорений в момент времени, когда мгновенное ускорение достигает наибольшего по абсолютной величине значения, эффективное диспергирующее действие на РЖ значение ускорения РЖ в случае ГМД с "гребенкой" больше, чем без нее. Кроме того, поскольку расход РЖ в этом случае уменьшается, то большее ускорение действует на меньшее количество РЖ, т.е. каждой частице РЖ достается большее физическое воздействие. Кроме того, такая организация гидравлического сопротивления СО) позволяет найти оптимальное значение отношения ар/ас. Так как ар >ас (т.е. каналы ротора достаточно широки), то количество каналов сравнительно невелико (также невелико и количество каналов статора, которых столько же, сколько и каналов ротора), расстояние между каналами должно быть больше, чем их ширина, иначе невозможно достичь эффективного торможения РЖ при рассовмещении каналов ротора и статора. По причине небольшого количества каналов невелика и частота генерации импульсов. Вследствие этого рассмотренный диспергатор низкочастотный.

Таким образом, возвращаясь к началу раздела, можно заключить, что достигнута цель: разработаны конкретные ГМД, реализующие разные фи-

Рис. 8. К расчету низкочастотного ГМД

зические факторы интенсификации процесса приготовления высокодисперсной РЖ, причем конструктивные параметры ГМД выбираются таким образом, чтобы влияние данного фактора в каждом из трех ГМД было максимальным. Предложены соотношения для расчетов величин ар, ас К, 1, АР, 3 (либо прямые, либо косвенные) через критерий гомохронности, в котором заключены со, Л, I, А Р.

5. ГИДРОМЕХАНИКА ДИСПЕРГИРОВАНИЯ РЖ В ГМД

5.1. Гидромеханика диспергирования в турбулентном режиме работы ГМД

В ГМД процесс диспергирования может быть наиболее эффективным в двух случаях: при турбулентном характере течения РЖ, реализующемся при Яе >10', и при достаточно малых значениях критерия гомохронности, когда генерируются короткие и глубокие импульсы отрицательного ускорения, возбуждающие хзвитационный режим диспергирования РЖ.

Механизм диспергирования компонентов РЖ в турбулентном режиме работы ГМД заключается в основном в противоборстве двух факторов: 1 - деформирующего воздействия - перепада давления (динамического напора) по длине капли РЖ; 2 - сил поверхностного натяжения, которые препятствуют деформации капли.

Нами подробно проанализировано гидромеханическое диспергирование РЖ в турбулентном режиме работы ГМД. Из закона Колмогорова-Обухова («закона двух третей») получено выражение для среднего размера стабильных капель эмульсии (РЖ):

з/ 1/

2со ПУК

(37)

где сг - коэффициент межфазного натяжения РЖ; 2С — число каналов статора; Ук - объем энергетически активной части ГМД (рабочей камеры); £ -площадь поперечного сечения канала.

Для определения (расчета) размеров капель необходимо знать интегральную функцию Г(с1к) распределения капель по размерам, характеризующую долю капель диаметром не более с!к:

5 2 ¿к у

(38)

и соответствующую дифференциальную функцию /(с1к) распределения капель по размерам:

л -х а ^

2 ак

ч5 2 ак

(39)

Формулы (37)-(39) позволяют рассчитывать степень дисперсности РЖ и, кроме этого, показывают способы управления процессом приготовления РЖ в ГМД с целью получения высокодисперсной РЖ для мехкрепей.

5.2. Гидромеханика диспергирования РЖ в кавитационном режиме работы ГМД

На основе теории перколяции (теория Штауффера) получены выражения для минимального и среднего размера стабильных капель эмульсии (РЖ). Здесь же представлены интегральная и дифференциальная функции распределения капель РЖ по размерам. Наименьший размер частиц РЖ:

(1 + 3[УДо + А/ЗУяо (1 + А)}

+ Ко/НО)4

4/3

(40)

Средний размер частиц РЖ:

Дифференциальная функция распределения частиц РЖ по объемам:

-Я

ехр -0,36 -—, (42)

((V

I* т <

зк

тт V

4

что эквивалентно:

К

ехр

1,08^

(43)

6. МЕТОДИКА ИНЖЕНЕРНОГО РАСЧЕТА ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОГО ДИСПЕРГАТОРА

В настоящей работе предлагается методика инженерного расчета ГМД как аксиального, так и радиального типа. Основные отличия этой методики от известных заключаются в следующем: задается (изначально) оптимальное число кавитации а не вычисляется; итерационным путем вычисляется высота канала (с заданной относительной погрешностью, например, 1%), задается фактор формы канала п; учитывается поправка характеризующая вязкость РЖ.

Задача корректного определения высоты канала А до настоящего времени не ставилась, поэтому и не решалась. Нами разработана итерационная процедура определения высоты каналов ротора и статора ГМД, основанная на задании оптимального числа кавитации и поэтапном многократном вычислении величины И. Доказана сходимость последовательности значений высот на каждом шаге вычислений. Процедура вычислений обрывается при достижении относительной ошибки вычислений заданного значения.

7. экспериментальные исследования процесса

ПРИГОТОВЛЕНИЯ ВЫСОКОДИСПЕРСНЫХ РАБОЧИХ ЖИДКОСТЕЙ ГИДРОСИСТЕМ ОЧИСТНЫХ КОМПЛЕКСОВ

Гидродинамика и приготовление высокодисперсных рабочих жидкостей исследовались на опытном стенде, в состав которого входили ГМД, устройство для изменения гидравлических и кинематических характеристик (расход, давление, скорость вращения роторе).

Цель проведения экспериментальных исследований - проверка результатов аналитических исследований по выбору конструктивных и режимных параметров 5, со, АР, которые влияют на глубину импульса отрицательного ускорения, отвечающего за интенсивность процесса приготовления РЖ.

Нами предложено определение коэффициента местного гидравлического сопротивления ГМД как функции времени для нестационарных потоков РЖ. При равенстве нулю производной скорости по времени оно переходит в известное в классической технической механике жидкости (гидравлике) выражение. В соответствии с этим определением была сконструирована экспериментальная установка и проведены эксперименты по определению функции Сн(0- По этим функциям были рассчитаны факторы формы для левой и правой ветвей функции Установлено, что фактор формы для каждой из ветвей функции („(1) является монотонной зависимостью от критерия гомохронности, причем фактор формы для правой ветви („(0 превышает «стационарное» значение фактора формы для каналов прямоугольного поперечного сечения, равное 2, а для левой - наоборот, менее двух.

Опыты по регистрации величины отрицательного ускорения РЖ в канале статора ГМД (глубины импульса ускорения) показали, что в диапазоне 0 < Но < 0,2 основные теоретические зависимости подтверждаются экспериментально.

Влияние динамического и статического перепада давления на процесс течения представлено на рис. 9, 10. Здесь генерируемое давление является результатом совместного действия обоих перепадов давления: статического и центробежного. Влияние статического подпора РЖ на генерируемое давление иллюстрируется рис.10, где зависимость Р(АР) также отклоняется от кривых, подобных теоретическим при больших значениях АР.

Из результатов экспериментов по приготовлению высокодисперсных рабочих жидкостей следует, что средний диаметр частиц эмульсии экстремальным образом зависит от расхода ГМД. Для ГМД-12 при величинах зазора 8 =100мкм наилучшим режимом приготовления РЖ является режим, соответствующий расходу ()=200 л/мин , в этом случае дисперсность РЖ наивысшая (рис.11), т.е. частицы эмульсии РЖ имеют наименьший размер. Установлено, что с увеличением скорости вращения ротора и уменьшением зазора (рис.12) качество приготовляемой РЖ повышается.

в)

р, тВ

40 30 20 10

0

100

А Р - 5 атм

1 -Рк = 1 атм

2 -Рк = 1,5 атм 3-РК- 2 атм

3

2 1

200

о), рад/с

Рис.9. Зависимость генерируемого в ГМД переменного давления от уг. вой скорости ротора и от перепада давления в полости ротора и рабо* камере ГМД

Р

6 Л Р, атм

Рис.10. Зависимость генерируемого в ГМД переменного давления от уг; вой скорости ротора и от перепада давления в полости ротора и рабоч камере ГМД

1 —5—50мкм

2 - 5=100 мкм

3 - <5=150 мкм

О 50 100 150 200 Q, л/м™

Рис. 11. Зависимость среднего диаметра частиц РЖ от расхода жидкости

d,

мкм 4

10

1 — 5=50 мкм

2 - 3=100 мкм

3 -5=150 мкм Q = 200 л/мин

20 30 40 50 60

со, рад/с

Рис.12. Зависимость среднего диаметра частиц РЖ от угловой скорости ротора

2

8. СОЗДАНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ СНАБЖЕНИЯ МЕХАНИЗИРОВАННЫХ КРЕПЕЙ ОЧИСТНЫХ КОМПЛЕКСОВ ВЫСОКОДИСПЕРСНОЙ РАБОЧЕЙ ЖИДКОСТЬЮ И РЕЗУЛЬТАТЫ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ

В этом направлении была проведена работа по созданию и внедрению в производство следующего оборудования:

• гидромеханический диспергатор ГМД и схемы его многофункционального применения в качестве устройства для приготовления и регенерации РЖ;

• установка для приготовления, регенерации и подачи рабочей жидкости в гидросистему на базе насосной станции СНЛ (Людиновского агрегатного завода) (рис. 13);

• автономная установка для приготовления рабочей жидкости для гидросистем механизированных крепей УСЭМ, которая может быть использована как на поверхности шахт, так и в подземных условиях (рис.14);

• универсальное диспергирующее оборудование для приготовления и регенерации РЖ непосредственно в гидросистеме механизированной крепи, которое может быть смонтировано на насосных станциях типа CHT, СНЛ, СНП-55 и АЗ-2СМ (рис. 15,16), в том числе и уже работающих;

• разработка различных конструктивных модификаций гидромеханических диспергаторов, позволяющих интенсифицировать процессы диспергирования компонентов рабочей жидкости гидропривода мех-крепи.

Разработанная и серийно выпускаемая установка УСЭМ (рис.14) отличается малой металлоемкостью и компактностью, а также низким энергопотреблением при высоком качестве (высоких значениях дисперсности и стабильности) получаемого продукта - водомасляной эмульсии. Установка может эффективно использоваться для приготовления РЖ и на поверхности шахт, и в подземных условиях, непосредственно на добычном, проходческом или строительном участке.

Кроме приготовления РЖ для гидропривода мехкрепей установка УСЭМ также может быть использована для приготовления смазывающе-охлаждающих жидкостей в машиностроении для приготовления водо-мазутных смесей в промышленных котельных и в других отраслях промышленности для приготовления различных эмульсий и суспензий.

Схема установки УСЭП(Л) на базе насосной станции СНЛ 32/90 представлена на рис. 13 , в ней используются два вида диспергаторов: гидромеханический диспергатор - (на схеме - НД1), и два статических вихревых диспергатора - СВД1, СВД2. В предлагаемой нами установке используется также поплавковое устройство - ПЗ для забора рабочей жидкости с поверхности бака, которое позволяет избежать попадания на всас насосов высокого давления - НВД1 и НВД2 частиц механического загрязнения,

акз ак4 ак5

Рис.13. Гидравлическая схема привязки диспергирующего оборудования к насосным станциям СНЛ 90/32. СВД - статический вихревой диспергатор; НП - насос подпитки; НД - насос-диспергатор; Б1 - бак для рабочей жидкости; Б2 - бак для присадки; ПЗ - поплавковое устройство забора рабочей жидкости; НВД - насос высокого давления; АР - автомат разгрузки; РТ -реле температуры; АК - пневмогидроаккумулятор; РД- реле давления; КП - предохранительный клапан; ДР - регулируемый дроссель; УУ - указатель уровня РЖ; КО - клапан обратный; ВН - вентиль; МН - манометр; Ф -фильтр

Рис. 14. Гидравлическая схема установки смесительной эмульсионной У СЭМ.' 1-бак для присадки; 2-бак для РЖ; 3-гидромеханический диспергатор; 4-кран; 5,6,7,8,9-вентили; 10,11,12,13-трубопроводы

Рис. 15, Гидравлическая схема установки для приготовления и регенерации РЖ на базе насосной станции АЗ-2СМ (Польша): 1-насосный узел; 2 -установка гидроаккумулятора; 3-блок фильтров; 4-фильтр на сливе; 5-насос перекачной; 6-вихревой диспергатор; 7-вентиль; 8-бак для РЖ

АК 2 АК 3

Рис. 16. Гидравлическая схема установки для приготовления и регенерации РЖ на базе насосной станции СНП-55. Д1, Д2 - статические вихревые диспергаторы; Б1, Б2 - баки для эмульсола и рабочей жидкости, ПЗ -поплавковый забор жидкости; А1 - автомат разгрузки

оседающих в процессе работы гидросистемы на дно бака, а также бачок для эмульсола -БЭ (емкостью 100 л), устанавливаемый на раме секции бака станции СНЛ и служит для приготовления эмульсии непосредственно на насосной станции.

Эксплуатация установки УСЭП(Л) показала, что ее применение позволяет постоянно поддерживать дисперсный состав РЖ на требуемом уровне (предотвращает процесс расслоения и позволяет сохранять необходимую смазывающую способность), а также одновременно измельчать механические примеси до размеров частиц менее 5 мкм.

По результатам наблюдений за работой мехкрепей типа ОКП, работающих на шахте «Капитальная» в лаве 534 в составе очистного комплекса 20КП70 ОАО «Интауголь» с установкой диспергирующего оборудования на насосной станции и без него в составе комплекса 1ОКП70, были получены результаты, представленные в табл.2.

Таблица 2

Элементы гидрооборудования крепи Средняя наработка до отказа однотипных элементов Т(, передвинутых секций Повышение безотказности гидроэлементов от приме-ненения ГМД

Без ГМД С ГМД

Гидрооборудование секции крепн

Гидростойка Гидроцилиндр передвижения Гидроблок управления Гидроблок стойки Уплотнительные кольца от-секателя Гидрооборудование в целом 15830 10020 992 5110 174,5 142,3 48582 33867 2460 12775 436,3 367 3,07 3,38 2,48 2,5 2.5 2.6

Насосная станция СНЛ 32/90

Манжеты, плунжеры, гидроблок Предохранительный клапан Разгрузочный клапан Управляющий клапан Насосная станция в целом 18367 15290 26902 26890 5130 33060,6 32246,6 43796,5 43293 9388 1,8 2,11 1,63 1,61 1,83

В табл. 2 средняя наработка до отказа определялась по формуле:

N / Т — ^ п.с./ 1 >

где - количество отказов 1-го элемента;

Ып с - количество секций смонтированных в очистном забое;

^п.с.

^п.с.= т; ^с.з. , ^ тр.

где 5,Ю() г - подвигание очистного забоя, м;

$пер. ~ шаг передвижения секции крепи на забой, м, принимаемый равным ширине захвата исполнительного органа комбайна В3 , Ыс з - количество секций, смонтированных в забое. Таким образом, применение в гидросистеме механизированной крепи гидромеханического диспергатора способствует значительному повышению безотказности гидроэлементов секции крепи (2,38-3,48 раз) и насосной станции (1,8-2,11 раз) (табл. 2), кроме того, значительно уменьшается число внезапных отказов гидрооборудования, - преобладающими являются постепенные отказы; снижается расход запасных частей гидрооборудования в среднем в 1,8-2 раза.

Конструктивные модификации гидромеханических диспергаторов, позволяющих повысить качество обработки РЖ

Для интенсификации процессов диспергирования компонентов РЖ на этапе их обработки в рабочих органах диспергаторов предложены следующие их конструкции:

• Резонансный гидромеханический диспергатор.

• Низкочастотный гидромеханический диспергатор.

• Двухчастотный вихревой генератор: особенность конструкции генератора - различные объемы и высоты вихревых камер - позволяет генерировать акустические колебания двух частот, совместное действие которых на рабочую жидкость приводит к повышению диспергирующей способности аппарата.

• Вихревой акустический генератор позволяет уменьшить потери энергии, по сравнению с аналогами, за счет выполнения каналов и рассекателя с параллельными образующими.

• Многокамерный согласованный вихревой аппарат. Может быть использован в различных отраслях промышленности в процессах диспергирования и эмульгирования. Отличительная особенность - наличие дополнительных вихревых камер одинакового размера, размешенных друг от друга на расстоянии й = (12,8 +13,3) 11 п, где Я - радиус вихревой камеры, п = 1,2,3...

• Двухкамерный вихревой генератор содержит входной и выходной каналы диаметром две вихревые камеры радиусом Я, соединенные дополнительным каналом, длиной £ и диаметром <1^ с соблюдением условий: (¡¡>с12>(1} и Ь=2 л Я. В генераторе возможна реализация акустического и гидромеханического резонанса.

• Широкополосный гидромеханический генератор-диспергатор. Вихревая камера выполнена тороидальной и деформируемой (регулируемой) с переменной в азимутальном направлении формой поперечного сечения, что позволяет генерировать колебания в широком диапазоне частот.

• Гидромеханический диспергатор - генератор «розового шума». Рабочие камеры выполнены коническими, что обеспечивает спиралевидное движение частиц жидкой среды по траекториям с различной кривизной. Генерируются колебания в широком диапазоне частот. Позволяет эффективно диспергировать частицы различных размеров в однородную среду.

• Роторный кавитационный диспергатор, имеющий отличительные осо-бенностщвал привода выполнен упругим в окружном направлении; отверстия статора нерадиальны, совмещаемые отверстия ротора и статора не соосны (оси перпендикулярны); каждый канал статора выполнен раздвоенным: одна его часть соосна каналу ротора, другая - несоосна. Позволяет интенсифицировать процессы диспергирования.

• Роторный аксиальный конфузорный аппарат позволяет повысить интенсивность генерируемых колебаний за счет особенности конструкции: увеличивается интенсивность колебаний давления; повышается степень турбулизации и интенсивность прерывания потока.

• Роторный генератор упругих колебаний позволяет повысить интенсивность упругих колебаний за счет согласования формы сечения каналов и формы боковых поверхностей ротора и статора.

• Роторно-импульсный аппарат. Используется электрогидравлический эффект для достижения кавитации (установка электродов в полости ротора и рабочей камере), что позволяет повысить эффективность массо-обменных процессов в обрабатываемой среде.

• Струйный гидродинамический излучатель акустических колебаний. Повышение эффективности работы устройства обеспечивается путем выполнения отверстий ротора в виде двух последовательных каналов разного сечения: сечением выходного отверстия больше, чем входного. Длина узкого канала ¿/ отверстия ротора (статора) и полная длина Ь отверстия выбраны из соотношения: 1^/1=0,40+0,15.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано научное обоснование параметров диспергирующих машин, разработаны и внедрены в угольной промышленности технические решения, вносящие существенный вклад в ускорение научно-технического прогресса в области создания оборудования для приготовления и регенерации высокодисперсных эмульсий гидросистем механизированных крепей, позволяющего улучшить эксплуатационные свойства рабочих жидкостей и повысить надежность гидропривода очистных комплексов, что имеет существенное значение для повышения производительности горношахтного оборудования.

Выполненные в работе исследования позволяют сделать следующие выводы:

1. Разработаны математические модели нестационарного гидромеханического процесса в каналах гидромеханического диспергатора с учетом

асимметрично го, в общем случае, во времени гидравлического сопротивления, позволяющие обоснованно рассчитывать конструктивные и режимные параметры с учетом наибольшей величины отрицательного ускорения РЖ в каналах ГМД - основного фактора интенсификации процесса приготовления РЖ.

2. Установлены зависимости влияния конструктивных и режимных параметров ГМД на величину отрицательного ускорения; мера влияния степени нестационарности потока обрабатываемой среды на интенсивность гидромеханических процессов в диспергаторе; периодичности течения в каналах диспергатора на расчетные кинематические зависимости; произведен учет установления режима течения в диспергаторах радиального и аксиального типа; произведена оценка влияния основных геометрических и режимных параметров ГМД на возбуждение ка-витационного режима диспергирования.

3. Разработаны приближенные способы решения уравнения нестационарного движения жидкости в ГМД, в том числе на основе эвристического подхода; получено аналитическое приближенное решение для случая малых величин гомохронности; получена приближенная формула для расчета основных кинематических характеристик течения жидкости в ГМД и режима работы диспергатора с учетом вязкости РЖ.

4. Доказана теорема и проведен расчет площади проходного сечения системы каналов ротора и статора гидромеханического диспергатора с каналами треугольного сечения как функции времени, показаны преимущества такого диспергатора. Доказана теорема о скорости изменения площади поперечного сечения системы каналов (отверстий) ротора и статора при их относительном вращательном соосном движении - для роторного диспергатора аксиального типа и о равенстве нулю интеграла от импульса ускорения по периоду генерации импульсов.

5. Разработана итерационная процедура расчета кавитационного режима работы ГМД при заданном оптимальном числе кавитации и доказана сходимость итерационных вычислений; исследован гидромеханический аспект процесса диспергирования в турбулентном режиме работы диспергатора, получены формулы для расчета размера частиц РЖ и их распределения.

6. Экспериментально получены зависимости параметров процессов течения и приготовления РЖ от основных режимных и конструктивных параметров ГМД и установлено:

увеличение перепада давления в ГМД приводит к повышению дисперсности РЖ, причем это влияние носит монотонный характер, и энергетическое воздействие этого фактора пропорционально его третьей степени, а влияние скорости вращения ротора на дисперсность РЖ носит, наоборот, экстремальный характер;

влияние радиального зазора на дисперсность РЖ пропорционально величине зазора в степени - 2,5;

существование такого диапазона изменения отношения ширины канала ротора к ширине канала статора, при котором приготовление РЖ наиболее эффективно (ар=2ас).

7. По разработанной технической документации серийно изготавливаются в ОАО «Малаховский экспериментальный завод» гидромеханические диспергаторы в составе универсального диспергирующего оборудования, предназначенного для установки на насосных станциях типа CHJI, CHT, СНП-55 и АЗ-2СМ для приготовления и регенерации РЖ в гидросистеме механизированной крепи и установки УСЭМ для приготовления РЖ на поверхности шахт и в подземных условиях, которое внедрено на шахтах ОАО «Интауголь», «Воркутауголь», «Кузнецкуголь», «Кузбассуголь» и в ПО «Беларуськалий». Созданное оборудование позволило снизить расход запасных частей гидропривода мехкрепей в среднем в 1,9 раза.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Балабышко A.M., Зимин А.И., Ружицкий В.П. Гидромеханическое диспергирование. -М.:Наука, 1998.-332 с.

2. Ружицкий В.П. Обоснование параметров оборудования для приготовления высокодисперсных рабочих жидкостей для гидросистем очистных комплексов //Тезисы докл. Междунар. семинара "Проблемы и перспективы развития горной техники". Секция "Горные машины и оборудование", 1994,- М.:МГТУ, 1995, с.179-183.

3. Ружицкий В.П. Гидромеханический диспергатор для приготовления рабочих жидкостей //Препринт №8.-М.:МВОКУ, 1995-48с.

4. Ружицкий В.П., Старцев В.Н. Взаимосвязь параметров технологических режимов, качества смешения-диспергирования и свойств обрабатываемых сред в гидромеханическом диспергаторе //Тезисы докл. научно-техн. конф. "Полимерные материалы: производство и экология".-Ярославль, 20-23 июня 1995. М.:ВИМИ,1995, с.52-53.

5. Ружицкий В.П., Старцев В.Н. Разработка технологии и оборудования для получения высокодисперсных эмульсий в нестационарных потоках //Тезисы докл. Четвертого Всерос. научно-техн. семинара "Пути и средства повышения экологической безопасности гальванических производств" .-Ярославль, 1995-М.:ВИМИ, 1995, с.21-22.

6. Ружицкий В.П., Старцев В.Н. Влияние критерия гомохронности на плотность энергии импульса, возбуждающего кавитацию //Тезисы докл. научно-техн. конф. "Композиционные материалы и изделия из них под воздействием различных видов энергии".-М.:ВИМИ, 1995, с.69.

7. Зимин А.И., Балабышко A.M., Ружицкий В.П. Анализ гидромеханических процессов и расчет кавитационного режима диспергирования в гидромеханическом диспергаторе.-Уголь, 1995, N2, с.46-47.

8. Зимин А.И., Ружицкий В,П., Старцев В.Н. Трансформация кинетической энергии потока жидкости в кавитационную и акустическую при импульсном возбуждении кавитации //Тезисы докл. научно-техн. копф. "Композиционные материалы и изделия из них под воздействием различных видов энергии"-М.:ВИМИ, 1995, с.26.

9. Зимин А.И., Балабышко A.M., Ружицкий В.П. Определение кинематических параметров потока рабочей жидкости в прерывателе гидромеханического диспергатора.-Уголь, 1995, №2, с.31 -32.

Ю.Зимин А.И., Балабышко A.M., Ружицкий В.П. Модель кавитационного ансамбля для импульсной интенсификации химико-технологических процессов //Тезисы докл. 9-й Всеросс. конф. "Математические методы в химии".-ТверьЛТТУ, 1995, с.9-10.

П.Зимин А.И., Ружицкий В.П. О коэффициенте гидравлического сопротивления для нестационарных изотермических течений в роторном гидромеханическом диспергаторе//Тезисы докл. 9-й Всерос. конф. "Математические методы в химии".-ТверыТГТУ, 1995, с.44.

12.Зимин А.И., Балабышко A.M., Ружицкий В.П. Расчет энергии импульса, генерируемого гидромеханическим диспергатором //Тезисы докл. Меж-дунар. семинара "Проблемы и перспективы развития горной техники". Секция "Горные машины и оборудование", 1994.-М.:МГГУ, 1995, с.94-98.МГГУ, 1994.

13.3имин А.И., Балабышко A.M., Ружицкий В.П. Оптимизация параметров гидромеханического диспергатора //Тезисы докл. Междунар. семинара "Проблемы и перспективы развития горной техники". Секция "Горные машины и оборудование", 1994г.-М.:МГГУ, 1995, с.133-136.

14.3имин А.И., Ружицкий В.П., Старцев В.Н. Основные факторы интенсификации процессов диспергирования, эмульгирования и растворения в роторном кавитационном гидромеханическом даспергаторе //Тезисы докл. Четвертого Всерос. научно-техн. семинара "Пути и средства повышения экологической безопасности гальванических производств". Ярославль, 1995. - М.: ВИМИ, 1995, с.23-24.

15.Зимин А.И., Ружицкий В.П. Выбор критерия оптимального конструирования роторного кавитационного гидромеханического диспергатора //Тезисы докл. научно-техи. конф. "Полимерные материалы: производство и экология". Ярославль, 20-23 июня 1995.-М.:ВИМИ, 1995, с.46-47.

16.3имин А.И., Ружицкий В.П. Разработка технологического процесса и аппарата для получения высокодисперсных гетерогенных композиций в нестационарных потоках при импульсном возбуждении кавитации //Тезисы докл. Всерос. научно-техн. конф. "Проблемы химии и химической технологии". Курск, 29ноября-1декабря 1995,-Курск:КГТУ, 1995, с. 80-83.

П.Зимин А.И., Ружицкий В.П., Старцев В.Н. Анализ резонансного режима работы роторного гидромеханического диспергатора //Тезисы докл. Междунар. симпоз. "Горная техника на пороге XXI века", Москва, 1995. - М. :МГГУ, 1996, с.248 - 249.

18.Ружицкий В.П. О влиянии степени нестационарности потока обрабатываемой среды на интенсивность гидромеханических процессов в гидромеханическом диспергаторе // Нестационарная гидромеханика: теория,эксперимент, практические приложения /М.:СВС-Технология. 1997, с. 5-9.

19.Ружицкий В.П. Об одном приближенном способе решения нестационарного уравнения Бернулли/Нестационарная гидромеханика: теория, эксперимент, практические приложения /М.:СВС-Технология. 1997, с. 10-15.

20.Балабышко A.M., Ружицкий В.П., Ракитин А.Н. Преимущества использования ГМД для приготовления рабочих жидкостей для гидросистем механизированных крепей //Нестационарная гидромеханика: теория, эксперимент, практические приложения /М.:СВС-Технология. 1997, с.33-41.

21.Ружицкий В.П. Гидромеханика диспергирования в турбулентном режиме работы роторного гидромеханического диспергатора //Применение роторных гидромеханических диспергаторов в горнодобывающей промышленности: теория, практика: Докл. Междунар. научно-практич. семинара. Солигорск, 14-16 мая 1998. Минск.:БАНБЖ. 1998, с.37-44.

22.Ружицкий В.П. Универсальная модель переменного гидравлического сопротивления роторного гидромеханического диспергатора //Применение роторных гидромеханических диспергаторов в горнодобывающей промышленности: теория, практика: Докл. Междунар. научно-практич. семинара. Солигорск, 14-16 мая 1998.- Минск. :БАНБЖ. 1998, с. 52-56.

23.Ружицкий В.П. Расчет площади проходного сечения прерывателя роторного гидромеханического диспергатора с каналами треугольного сечения //Применение роторных гидромеханических диспергаторов в горнодобывающей промышленности: теория, практика: Докл. Междунар. научно-практич. семинара. Солигорск, 14 - 16 мая 1998. Минск: БАНБЖ. 1998, с. 74-78.

24.Балабышко A.M., Ружицкий В.П., Карепанов С.К. Экспериментальное исследование турбулентного режима работы гидромеханического диспергатора в процессе диспергирования рабочей жидкости //Актуальные проблемы теории, практики и создания роторных аппаратов: Материалы Межреспубликанского научно-практич. сов., Малаховка, 1999. СПб.: ИТИ-Центр. 1999, с. 5-14.

25.3имин А.И., Балабышко A.M., Ружицкий В.П. Оценка влияния основных геометрических и режимных параметров роторного гидромеханического диспергатора на возбуждение кавитационного режима диспергирования рабочей жидкости //Актуальные проблемы теории, практики

и создания роторных аппаратов: Материалы Межреспубликанского на-учно-практич. сов., Малаховка, 1999. СПб.:ИТИ-Центр. 1999, с. 23-28.

26.Ружицкий В.П., Карепанов С.К. Методика инженерного расчета роторного гидромеханического диспергатора //Актуальные проблемы теории, практики и создания роторных аппаратов/СПб.:ИТИ-Центр. 1999, с.35-42.

27.Ружидкий В.П., Балабышко A.M., Ракитик А.Н. К вопросу оптимизации параметров ГМД //Актуальные проблемы теории, практики и создания роторных аппаратов/СПб.:ИТИ-Центр. 1999, с. 43-46.

28.Zimin A., Karepanov S., Rugicky V. Computer modelling and experiment for impulse cavitation dispergation of working liquids //Актуальные проблемы теории, практики и создания роторных аппаратов /СПб.:ИТИ-Центр. 1999, с. 49.

29.Балабышко A.M., Ружицкий В.П., Карепанов С.К. Разработка новых конструкций роторных и ротационных диспергаторов: использование эффекта столкновения струй //Актуальные проблемы теории, практики и создания роторных аппаратов/СПб. :ИТИ-Центр. 1999, с. 15-20.

30.Балабышко A.M., Ружицкий В.П. Уравнения движения рабочей жидкости в каналах роторного диспергатора с радиальным и аксиальным движением рабочей жидкости //Математические методы в механике прерывистых течений /СПб.:Панорама. 1999, с. 3-5.

31.Зимин А.И., Ружицкий В.П., Карепанов С.К. Основные свойства прерывистых течений в роторных диспергаторах радиального и аксиального типа //Математические методы в механике прерывистых течений /СПб.:Панорама. 1999, с. 6-18.

32.Карепанов С.К., Ружицкий В.П., Реализация математической модели течения рабочей жидкости в каналах ротора и статора гидромеханического диспергатора // Математические методы в механике прерывистых течений/СПб.:Панорама. 1999, с. 19-27.

33.Зимин А.И., Ружицкий В.П. Оптимизация процедуры расчета кавитаци-онного режима работы роторного гидромеханического диспергатора //Математические методы в механике прерывистых течений /СПб.:Панорама. 1999, с. 28-34.

34.Ружицкий В.П., Карепанов С.К. Влияние периодичности течения в роторном диспергаторе на расчетные кинематические зависимости: учет установления режима течения //Математические методы в механике прерывистых течений /СПб.:Панорама. 1999, с. 40-43.

35.Ружицкий В.П., Карепанов С.К. Теорема о скорости изменения площади фигуры, заключенной между двумя плоскими кривыми при их относительном вращательном соосном движении //Математические методы в механике прерывистых течений /СПб.:Панорама. 1999, с. 44-48.

36.Зимин А.И., Ружицкий В.П. Эксплуатационная надежность кавитаци-онного гидромеханического диспергатора. -:Научн.-техн. конф. "Метрологическое обеспечение эксплуатации и хранения технических объектов". - М..-ВИМИ, 1999, с.61.

37.3имин А.И., Ружицкий В.П., Карепанов С.К. Оптимизация режима импульсного кавитационного энергетического воздействия //Докл. науч-но-техн. конф. "Материалы и изделия из них под воздействием различных видов энергии" - М.: ВИМИ, 1999, с.75-77.

38.3имин А.И., Карепанов С.К., Ружицкий В.П. Применение кавитацион-ной гидромеханической техники для решение экологических проблем угольной технологии и химических производств //Тезисы докл. III Ме-ждунар. симпоз. "Техника и технология экологически чистых производств" (программа ЮНЕСКО).-М.:МГУИЭ, 1999, с. 19-22.

39.Ружицкий В.П. Анализ процессов гидромеханического диспергирования рабочих жидкостей механизированных крепей и внедрение наукоемких диспергирующих горных машин и технологий //Тезисы докл. Междунар. научно-практич. конф. «Энергетическая безопасность России. Новые подходы к развитию угольной промышленности»-Кемерово, 14-17 сентября 1999.

40.Карепанов С.К., Ружицкий В.П. Динамика гетерогенных сред и процессы гидромеханического диспергирования в устройствах с нестационарными течениями //Тезисы докл. XVII Междунар. конф. «Методы граничных и конечных элементов в механике деформируемых тел и конст-рукций»-Санкт-Петербург, 22-25 июня 1999.

41.Карепанов С.К., Ружицкий В.П. Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности //Тезисы, докл. Междунар. экологического конгресса (V Всероссийск. научно-практич. конф.) Санкт-Петербург, 14 - 16 июня 2000. - в печати.

42.Зимин А.И., Ружицкий В.П., Карепанов С.К. Моделирование динамических, волновых и импульсных процессов в роторной гидромеханической машине с пульсирующим движением рабочей среды //Тезись докл. Междунар. научно-техн. конф. "Вибрационные машины и техно логии"-Курск: КГТУ,1999, с. 207 -211..

43.Ружицкий В.П. Гидромеханическое диспергирование рабочих жидко стей механизированных крепей //Тезисы докл. Научн.-практич. семина ра «Неделя горняка» «Внедрение эффективных диспергирующих гор ных машин и технологий»-М.: МГГУ, 2000.

44.3имин А.И., Карепанов С.К., Ружицкий В.П. Моделирование динамиче ских процессов в аппаратах с прерывистым движением рабочей средь //Тезисы докл. Междунар. конф. "Математические методы в технике 1 технологиях". Санкт-Петербург, 27-28 июня 2000.

45.Зимин А.И., Ружицкий В.П. Анализ процессов гидродинамическоп диспергирования РЖ мехкрепей и внедрения горных машин //Тез. докл Междунар. науч.-практич.конф. «Экологическая безопасность России Новые подходы к развитию угольной промышленности». Кемерове 1999,с.113-114.

46.Ружицкий В.П. Гидромеханическое диспергирование рабочих жидке стей механизированных крепей: внедрение эффективных дисперги

рующих горных машин и технологий // Горный информационно-аналитический бюллетень - МГГУ, № 4,2000, с. 163-164.

47,Ружицкий В.П. К вопросу о поддержании качества рабочей жидкости гидроприводов механизированных крепей в процессе эксплуатации // Горный информационно-аналитический бюллетень - МГГУ, № 4, 2000, с. 169-170.

48.РужицкийВ.П., Карепанов С.К., Зимин А.И., Балабышко A.M. Технология гидромеханического диспергирования в решениях экологических проблем //Труды Междунар.экологич.конгр. «Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности» /СПб. 2000, Т.1, с. 255-256.

49.3имин А.И., Балабышко A.M., Ружицкий В.П. Резонансный гидромеханический диспергатор. Патент № 2081691 опубл. 20.06.97, Б.И. 17.

50.Балабышко A.M., Ружицкий В.П., Ракитин А.Н. Автономная установка для приготовления рабочей жидкости для гидросистем механизированных крепей.-Патент №2134823 опубл. 20.08.99, Б.И. №23.

51.Балабышко A.M., Ружицкий В.П., Зимин А.И., Ракитин А.Н. Установка для приготовления, регенерации и подачи рабочей жидкости в гидросистему механизированных крепей. Патент №2147086 опубл. 27.03.2000, Б.И. №9.

52. Ружицкий В.П., Балабышко A.M., Ваинмаер Е.Е., Ракитин А.Н. Установка для приготовления, регенерации и подачи рабочей жидкости в гидросистему. Патент №2147087 опубл. 27.03.2000, Б.И. №19.

53.Ружицкий В.П., Зимин А.И., Балабышко A.M., Карепанов С.К., Ракитин А.Н. Многокамерный согласованный вихревой аппарат. Патент №2152269 опубл. 10.03.2000, Б.И. №19.

54ЛОдаев В.Ф., Ружицкий В.П., Балабышко A.M., Ракитин А.Н., Серова М.А., Никитина Е.В. Струйный гидродинамический излучатель акустических колебаний. Патент №2156665 опубл. 30.05.2000, Б.И.№27.

55.Ружицкий В.П., Зимин А.И., Балабышко A.M., Карепанов С.К., Ракитин А.Н. Двухчастотный вихревой генератор. - Положительное решение от 29.03.2000 по заявке на патент №99116889.

56.Ружицкий В.П., Зимин А.И., Балабышко A.M., Канатаев Ю.А., Карепанов С.К., Ракитин А.Н., Старцев В.Н. Двухкамерный вихревой генератор. Положительное решение от 30.03.2000 по заявке на патент №99116642.

57.Ружицкий В.П., Зимин А.И., Балабышко A.M., Карепанов С.К., Ракитин А.Н. Роторный аксиальный конфузорный аппарат. Положительное решение от 30.03.2000 по заявке на патент №99116882.

58.Ружицкий В.П., Зимин А.И., Балабышко А.М., Юдаев В.Ф., Карепанов С.К., Ракитин А.Н., Канатаев Ю.А., Старцев В.Н. Вихревой акустический генератор. Положительное решение от 28.09.2000 по заявке на патент №99116888.

59.Зимин А.И., Балабышко A.M., Ружицкий В.П. Низкочастотный гидромеханический диспергатор. Положительное решение от 30.07.96 по заявке на патент 95103198/26 (005877).

60.Зимин А.И., Балабышко A.M., Ружицкий В.П. Гидромеханический диспергатор. Положительное решение от 28.02.96 по заявке на патент №94043916/26 (044379).

61.Пелевин Ю.В., Ружицкий В.П., Балабышко A.M., Буров Д.Г. Силовой гидроцилиндр. Положительное решение от 23.08.2000 по заявке на патент № 2000105475/03(005780).

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1. Рабочие жидкости гидросистем механизированных крепей очистных комплексов и влияние их качества на работоспособность гидрооборудования.

1.2. Способы и средства обеспечения качества рабочих жидкостей в процессе их приготовления и регенерации.

1.2.1. Оборудование для приготовления и регенерации рабочих жидкостей механизированных крепей

1.2.2. Способы получения и регенерации РЖ в насосных станциях.

1.3. Гидромеханическое диспергирование. Основные закономерности работы роторных аппаратов с модуляцией потока.

1.4. Анализ исследований в области гидромеханического диспергирования.

1.5. Опыт применения гидромеханических диспергаторов для приготовления и регенерации рабочих жидкостей гидросистем механизированных крепей очистных комплексов.

1.6. Эффективность применения ГМД для улучшения качества рабочих жидкостей.

ВЫВОДЫ.

ГЛАВА 2. ГИДРОМЕХАНИКА ТЕЧЕНИЯ РАБОЧЕЙ ЖИДКОСТИ В

ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОМ ДИСПЕРГАТОРЕ.

2.1. Постановка задачи о течении вязкой среды в канале с переменной площадью поперечного сечения (с переменным гидравлическим сопротивлением).

2.2. Вывод уравнения Бернулли для нестационарного движения вязкой несжимаемой жидкости.

2.3. Исследование основных свойств течения рабочей жидкости в ГМД аксиального и радиального типов.

2.4. Приближенные (включая эвристические) методы качественного и количественного анализов гидродинамики потоков РЖ в каналах

2.5. Точные решения уравнений движения рабочей жидкости в ГМД.

2.6. Учет вязкости рабочей жидкости при расчете режимов работы ГМД.

ВЫВОДЫ.

ГЛАВА 3. ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ И РЕЖИМНЫХ ПАРАМЕТРОВ ГМД НА ВОЗБУЖДЕНИЕ КАВИТАЦИОНННОГО РЕЖИМА ПРИГОТОВЛЕНИЯ РАБОЧЕЙ ЖИДКОСТИ.

3.1. Влияние периодичности течения РЖ в ГМД на расчетные кинематические зависимости (учет установления режима течения рабочей жидкости).

3.2. Влияние степени нестационарности потока рабочей жидкости на интенсивность гидромеханических процессов в гидромеханическом диспергаторе.

3.3. Влияние временных характеристик течения РЖ на кинематические и режимные параметры потока.

ВЫВОДЫ.

ГЛАВА 4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ ПРИ РАЗРАБОТКЕ ДИСПЕРГАТОРОВ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ВЫСОКОДИСПЕРСНОЙ РАБОЧЕЙ ЖИДКОСТИ.

4.1. К расчету параметров резонансного гидромеханического диспергатора.'.

4.2. К расчету роторного гидромеханического диспергатора с упругим валом.

4.3. К расчету низкочастотного гидромеханического диспергатора 195 ВЫВОДЫ.

ГЛАВА 5. ГИДРОМЕХАНИКА ДИСПЕРГИРОВАНИЯ РАБОЧЕЙ ЖИДКОСТИ В РОТОРНОМ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОМ ДИСПЕРГАТОРЕ

5.1. Гидромеханика диспергирования РЖ в турбулентном режиме работы ГМД.

5.2. Гидромеханика диспергирования РЖ в кавитационном режиме работы ГМД

ВЫВОДЫ

ГЛАВА 6. МЕТОДИКА ИНЖЕНЕРНОГО РАСЧЕТА ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОГО ДИСПЕРГАТОРА.

6.1. Предварительные замечания к методике инженерного расчета гидромеханического диспергатора

6.1.1. О методике инженерного расчета роторного гидромеханического диспергатора для работы в кавитационном режиме диспергирования (растворения) гетерогенных сред с вязкостью 0 -1 Пас и поверхностным натяжением 0-0,1 Н/м.

6.2. Пример расчета параметров гидромеханического диспергатора на заданную производительность.

6.3. Рациональные геометрические параметры каналов ротора и статора диспергатора.

6.4. Методика инженерного расчета гидромеханического диспергатора на турбулентный и кавитационный режимы работы.

ВЫВОДЫ

ГЛАВА 7. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ПРИГОТОВЛЕНИЯ ВЫСОКОДИСПЕРСНЫХ РАБОЧИХ ЖИДКОСТЕЙ ГИДРОСИСТЕМ ОЧИСТНЫХ КОМПЛЕКСОВ

7.1. Методика определения параметров.

7.2. Определение коэффициента местного гидравлического сопротивления ГМД как функции времени и фактора формы и нестационарности

7.3. Определение гидромеханических параметров гидромеханического диспергатора

7.4. Результаты экспериментов по приготовлению высокодисперсных рабочих жидкостей в гидромеханическом диспергаторе в кавитационном режиме работы

7.5. Экспериментальные исследования турбулентного режима работы ГМД в процессе диспергирования РЖ

ВЫВОДЫ.

Основными требованиями, предъявляемыми к ГШО при механизации процессов горного производства, является повышение показателей производительности, надежности и безопасности. В среднем по угольной промышленности потери из-за низкого качества функционирования горной техники составляют порядка 70% от стоимости валовой добычи угля. Причем, из них примерно 60% составляют потери производительности, а 40 % связаны с затратами на поддержание работоспособности техники [1-7].

Наблюдаемая тенденция к возрастанию сложности горной техники, увеличение ее стоимости, необходимость сокращения сроков окупаемости, особенно в условиях реструктуризации горной промышленности требуют существенного повышения уровня качества, производительности и надежности техники.

Что касается очистных механизированных комплексов, то эффективность и надежность их работы во многом определяется безотказностью и долговечностью работы механизированной крепи, наиболее сложной и дорогостоящей его части, и в особенности гидрооборудования крепи. Основными факторами работы гидропривода являются высокие значения рабочих давлений, достигающие в критических ситуациях 500 МПа в замкнутых гидросистемах стоек; наличие в гидросистеме крепи большого количества гидростоек (до 1000 шт.), гидродомкратов передвижки (до 450 шт.), и прочих гидроцилиндров и гидропатронов (до 2000 шт.), с соответственно большим числом предохранительных и разгрузочных клапанов, индикаторов давления, распределителей потоков, гибких и жестких магистралей, общая протяженность которых в отдельных случаях превышает 350 м, с большим количеством соединительной арматуры и уплотнитель-ных элементов.

Питание рабочей жидкостью системы исполнительных элементов осуществляется от насосных станций, расположенных на откаточном штреке. Расход РЖ для гидросистем механизированной крепи -и гидропривода различных машин по угольной промышленности составляет 200000 т в год (данные начала 90-х годов).

Кроме того, большой объем ремонтно-восстановительных работ горной техники помимо экономического имеет и социальный аспект, так как ремонтные работы плохо механизированы, требуют большого объема ручного труда, который, как правило, приходится выполнять в тяжелейших условиях шахты.

Улучшить показатели надежности ГШО в общем случае возможно за счет увеличения объемной прочности применяемых в оборудовании материалов и повышения их поверхностной прочности.

Объемное разрушение является результатом, накопления в объеме материала дефектов его структуры, приводящие к макроскопическому разрушению объекта. Такие отказы легко прогнозируются на стадии проектирования и поэтому их число незначительно.

В настоящее время до 80% отказов техники происходит в результате поверхностного разрушения - износа и повреждаемости при трении, поэтому повысились требования именно к поверхностной прочности деталей, определяющей в основном долговечность и безотказность машин. Процессы поверхностного разрушения состоят из большого числа микроскопических актов разрушения, проявляющихся в постепенном уменьшении объема материала - износе. Рассмотрение этого процесса заключается в том, чтобы связать параметры нагружения конкретной триады трения со всем комплексом механических и физико-механических свойств участвующих в этом процессе материалов: двух металлических поверхностей и, находящегося между ними, третьего тела - смазочного материала. Таким образом, необходимо комплексное рассмотрение действия многочисленных факторов четырехзвенной системы: «условия применения - машина - триада трения - смазочный материал».

Смазочный материал - третье тело триады трения, вступая во взаимодействие с материалами поверхностей трения, должно выполнять функции стабильной и прочной защиты от коррозии и смазки, для чего должен обладать рядом эксплуатационных свойств. В гидросистеме механизированных крепей такую роль выполняют рабочая жидкость, которая, в первую, очередь является носителем энергии и, кроме того, выполняет функции охлаждающей жидкости и отвода тепла и продуктов износа.

Опыт эксплуатации гидроагрегатов показывает, что их надежность и срок службы в большей степени определяется именно качеством РЖ, а из-за повышенной загрязненности ее происходит 50-80% всех отказов гидросистем, вследствие чего их ресурс снижается в 3-50 раз [1].

Кроме того, также и особо тяжелые условия функционирования гидрооборудования механизированной крепи обусловили ужесточение требований к эксплуатационным свойствам применяемых рабочих жидкостей.

Обеспечением гидросистем механизированных крепей очистных комплексов высококачественными водомасляньши эмульсиями занимались энерго-механические службы угольной промышленности, ННЦ ГП "ИГД им. А.А.Скочинского", ОАО "Гипроуглемаш", ВНИИПТУглемаш, Горловский машиностроительный завод, ОАО "ПНИУИ", Отраслевая научно-исследовательская лаборатория смазок и рабочих жидкостей при Коммунарском горно-металлургическом институте, ОАО "МЭЗ" и другие организации.

Задача обеспечения высокого качества РЖ при ее цриготовлении может быть решена и за счет создания новых видов эмульсолов, обладающих высокой адгезионной способностью и способностью к самоэмульгированию, а также за счет создания и внедрения в производство эффективного диспергирующего оборудования. Проблема же поддержания качества РЖ в период эксплуатации гидрооборудования может быть решена только путем преднамеренного диспергирования, то есть создания специального оборудования, причем работающего непрерывно в гидросистеме. Кроме того, получение высококачественных эмульсолов с физико-химическими свойствами, позволяющими достигнуть процессов самоэмульгирования и растворения в воде, является в нашей стране до сих не решенным вопросом, несмотря на значительные усилия ученых. Однако, многолетний опыт эксплуатации гидропривода и теоретические исследования доказывают, что некоторые параметры качества и основные эксплуатационные свойства РЖ (смазывающая способность, антикоррозионный свойства и др.) зависят непосредственно от линейного размера капелек дисперсной фазы эмульсии, а следовательно, от технологии и способа их приготовления [1,8,9,10,11,12 и др.]. Установлено, что только частицы размером 2,5 - 5 мкм могут создавать устойчивую защитную пленку на поверхности деталей, т. к. частицы с большим линейным размером не могут удержаться на поверхности металла и, скатываясь, разрушают защитный слой.

Не решена до сих пор и проблема очистки и регенерации РЖ В настоящее время не существует гарантированных средств защиты гидросистем от попадающих в них примесей, а имеющиеся способы и оборудование для фильтрации очистки и регенерации эмульсий либо малоэффективны, либо снижают эксплуатационный свойства РЖ, либо настолько дорогостоящи, что их применение увеличивает стоимость эмульсии в несколько раз. Кроме того, все имеющиеся способы очистки и регенерации РЖ предусматривают слив эмульсии, транспортировку до места расположения установки и обратно, что весьма трудоемко и дорого стоит.

Значительный эффект дает преднамеренное диспергирование механических примесей, содержащихся в РЖ. Экспериментальные исследования показали, что частицы механических примесей малых размеров (<5мкм) не только не оказывают отрицательного воздействия на пару трения, но и обладают рядом положительных свойств.

Все вышеперечисленное вызывает необходимость разработки универсального оборудования, позволяющего эффективно готовить и регенерировать РЖ, измельчать механические примеси, находящиеся в ней и одновременно подавать эмульсию в гидросистему крепи. Причем все операции необходимо производить непосредственно на добычном участке.

Применение такого оборудования позволит разрешить сразу следующие проблемы: исключить весь комплекс по приготовлению РЖ на поверхности шахт и доставку ее к очистному забою, который влечет за собой немалые трудовые и материальные затраты, а также снижение качества и утечки эмульсии при транспортировке; постоянно поддерживать на необходимом уровне дисперсный состав РЖ; измельчать механические примеси, тем самым поддерживать высокий класс чистоты эмульсии.

Таким образом, современный уровень развития горного производства требует разработки и освоения нового, более совершенного оборудования, способного обеспечить высокую эффективность приготовления высокодисперсных рабочих жидкостей для гидросистем очистных комплексов и их регулярной регенерации. Кроме того, важной проблемой остается уменьшение габаритов, металлоемкости и энергопотребления такого оборудования.

Как показывает отечественная и зарубежная практика, весьма перспективным для приготовления высокодисперсных рабочих жидкостей на основе водомасляных эмульсий является диспергирующее оборудование, работающее по принципу роторно-статорной системы. Применение такого оборудования расширяется и в количественном, и в качественном отношении: увеличивается не только производство такого оборудования, но и область его применения.

Однако, более интенсивное и широкое внедрение роторного диспергирующего оборудования сдерживается недостаточной изученностью основных закономерностей его работы и протекающих в нем процессов - как гидромеханических и механических, так и физико-химических. Недостаточно разработаны и обоснованы методы расчета параметров оборудования, основанные на изучении нестационарных гидромеханических процессов, протекающих в элементах диспергирующего оборудования, не полностью исследованы вопросы выбора геометрических, кинематических и режимных параметров роторных гидромеханических диспергаторов и их связь с интенсивностью и результатами процесса диспергирования рабочих жидкостей. Таким образом, научное обоснование параметров и разработка нового универсального оборудования для приготовления и регенерации рабочей жидкости, позволяющего повысить надежность гидропривода механизированных крепей, является весьма актуальной научно-технической проблемой для горнодобывающей промышленности.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ - обоснование параметров, расчет и создание оборудования для повышения эксплуатационных свойств рабочей жидкости при ее приготовлении и регенерации (путем диспергирования), позволяющего повысить уровень надежности гидропривода механизированных крепей, а также выработка рекомендаций по его эксплуатации.

ИДЕЯ РАБОТЫ - обеспечение надежности работы элементов гидропривода механизированных крепей очистных комплексов может быть достигнуто за счет повышения дисперсности РЖ при приготовлении и регенерации и, как следствие этого, сохранения ею рабочих характеристик в течение всего периода эксплуатации комплекса.

ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ:

1. Математические модели нестационарного гидромеханического процесса в каналах гидромеханических диспергаторов, позволяющие обоснованно рассчитывать конструктивные и режимные параметры с учетом асимметричного, в общем случае, гидравлического сопротивления, и наибольшей величины отрицательного ускорения РЖ в каналах гидромеханического диспергатора (ГМД), как основного фактора интенсификации процесса приготовления РЖ.

2. Закономерности, позволяющие рассчитывать основные кинематические характеристики течения жидкости и режимы работы ГМД с учетом вязкости обрабатываемой среды и оценивать влияние конструктивных и режимных параметров диспергатора на величину отрицательного ускорения, как основного диспергирующего фактора ГМД.

3. Теоремы о скорости изменения площади поперечного сечения системы каналов (отверстий) ротора и статора при их вращательном соосном движении (для роторного диспергатора аксиального типа) и о равенстве нулю интеграла от импульса ускорения по периоду генерации импульсов.

4. Закономерности течения обрабатываемой среды в диспергаторах радиального и аксиального типов, учитывающие влияние геометрических и режимных параметров ГМД на возбуждение кавитационного режима диспергирования, периодичности течения среды на расчетные кинематические зависимости, а также степень влияния нестационарности потока обрабатываемой среды на интенсивность гидромеханических процессов.

5. Закономерности гидромеханического процесса диспергирования в турбулентном режиме работы ГМД и полученные зависимости для расчета диаметра частиц РЖ и их распределения по размерам.

ЗНАЧЕНИЕ РАБОТЫ

Научное значение работы имеют: математические модели нестационарного гидромеханического процесса в каналах гидромеханических диспергаторов, позволяющие получить закономерности и зависимости конструктивных и режимных параметров с учетом асимметричного, в общем случае, гидравлического сопротивления, и наибольшей величины отрицательного ускорения РЖ в каналах гидромеханического диспергатора (ГМД), как основного фактора интенсификации процесса приготовления РЖ; математическое описание нестационарного истечения обрабатываемой жидкости через рабочие органы гидромеханического диспергато-ра.

Практическое значение работы заключается: в разработке методов инженерного расчета гидромеханического дис-пергатора и программного обеспечения на ЭВМ, а также в создании на основе разработанной методики конструкции гидромеханического дис-пергатора и его промышленном применении; в разработке итерационной процедуры расчета кавитационного режима работы ГМД при заданном оптимальном числе кавитации с доказательством сходимости итерационных вычислений; в разработке приближенных способов решения уравнения нестационарного движения жидкости в ГМД, в том числе, на основе эвристического подхода.

РЕАЛИЗАЦИЯ ВЫВОДОВ И РЕКОМЕНДАЦИЙ

- установки для приготовления и регенерации РЖ в гидросистеме механизированной крепи на базе насосных станций СНТ (завод им. Петровского), СНЛ (Людиновский агрегатный завод), СНП-55 (Брянский машиностроительный завод) и установка для приготовления РЖ на поверхности шахт и в подземных условиях - УСЭМ серийно выпускаются ОАО «МЭЗ» с 1998 года и эффективно работают и на шахтах ОАО «Интауголь», «Воркутауголь», «Кузнецкуголь», «Кузбасс-уголь» и в ПО «Беларуськалий»; разработана методика оценки эксплуатационных характеристик РЖ механизированных крепей очистных комплексов, которая утверждена Комитетом по угольной промышленности;

- разработана инструкция по приготовлению и регенерации РЖ на смесительных установках на базе насосных станций типа CHT, СНЛ, СНП-55, АЗ-2СМ, которая утверждена Комитетом по угольной промышленности.

ДОСТОВЕРНОСТЬ И ОБОСНОВАННОСТЬ НАУЧНЫХ ПОЛОЖЕНИЙ, ВЫВОДОВ И РЕКОМЕНДАЦИЙ заключается в том, что математические модели нестационарного гидромеханического процесса, протекающего в рабочих зонах ГМД, корректно подтверждаются:

- достаточным объемом экспериментальных исследований работы ГМД в лабораторных и промышленных условиях;

- удовлетворительной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований, расхождение между которыми не превышает 15%.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты диссертационной работы докладывались на Международном семинаре "Проблемы и перспективы развития горной техники" (секция "Горные машины и оборудование") (Москва, 1994), на научно-технической конференции "Композиционные материалы и изделия из них под воздействием различных видов энергии" (Москва, 1995), на IX Всероссийской конференции "Математические методы в химии" (Тверь, 1995), на научно-технической конференции "Полимерные материалы: производство и экология" (Ярославль, 1995), на IV Всероссийском научно-техническом семинаре "Пути и средства повышения экологической безопасности гальванических производств" (Ярославль, 1995), на Международном симпозиуме "Горная техника на пороге XXI века" (Москва, 1995); на Всероссийской научно-технической конференции "Проблемы химии и химической технологии" (Курск, 1995); на Международном научно-практическом семинаре "Применение роторных гидромеханических диспергаторов в горнодобывающей промышленности: теория, практика" (Солигорск, 1998); на Межреспубликанском научнопрактическом совещании "Актуальные проблемы теории, практики и создания роторных аппаратов" (Малаховка, 1999); на научно-технической конференции "Метрологическое обеспечение эксплуатации и хранения технических объектов" (Москва, 1999)§ на научно-технической конференции "Материалы и изделия из них под воздействием различных видов энергии" (Москва, 1999); на III Международном симпозиуме "Техника и технология экологически чистых производств" - программа ЮНЕСКО (Москва, 1999); на IV Международной научно-технической конференции "Вибрационные машины и технологии" (Курск, 1999); на Международной научно-практической конференции "Энергетическая безопасность России. Новые подходы к развитию угольной промышленности" (Кемерово, 1999); на XVII Международной конференции "Методы граничных и конечных элементов в механике деформируемых тел и конструкций" (Санкт-Петербург, 1999); на Международном экологическом конгрессе (V Всероссийской научно-практической конференции) "Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности" (Санкт-Петербург, 2000); на конференции "Неделя горняка" (Москва, 2000); на Международной конференции "Математические методы в технике и технологиях" (Санкт-Петербург, 2000).

ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликована 61 работа, в том числе 1 монография, получено 13 патентов РФ.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, 8 глав, заключения и 3-х приложений, содержит 325 страниц машинописного текста, 56 рисунков, 5 таблиц и список использованной литературы из 172 наименований.

ВЫВОДЫ:

1. Приведены результаты работ по созданию оборудования для снабжения механизированных крепей очистных комплексов высокодисперсной рабочей жидкостью.

2. Созданы и внедрены в производство: автономная установка по приготовлению РЖ для гидропривода механизированных крепей - УСЭМ; установка на базе насосной станции CHJI (УСЭП(Л)); универсальное диспергирующее оборудование для установки на насосных станциях типа CHT, CHJI, СНП-55, АЗ-2СМ, в том числе и уже работающих.

3. Разработаны различные конструктивные модификации ГМД, позволяющие повышать эффективность эмульгирования обрабатываемых жидкостей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано научное обоснование параметров диспергирующих машин, разработаны и внедрены в угольной промышленности технические решения, вносящие существенный вклад в ускорение научно-технического прогресса в области создания оборудования для приготовления и регенерации высокодисперсных эмульсий гидросистем механизированных крепей, позволяющего улучшить эксплуатационные свойства рабочих жидкостей и повысить надежность гидропривода очистных комплексов, что имеет существенное значение для повышения производительности горношахтного оборудования.

Выполненные в работе исследования позволяют сделать следующие выводы:

1. Разработаны математические модели нестационарного гидромеханического процесса в каналах Гидромеханического диспергатора с учетом асимметричного, в общем случае, во времени гидравлического сопротивления, позволяющие обоснованно рассчитывать конструктивные и режимные параметры с учетом наибольшей величины отрицательного ускорения РЖ в каналах ГМД - основного фактора интенсификации процесса приготовления РЖ.

2. Установлены зависимости влияния конструктивных и режимных параметров ГМД на величину отрицательного ускорения; мера влияния степени нестационарности потока обрабатываемой среды на интенсивность гидромеханических процессов в диспергаторе; периодичности течения в каналах диспергатора на расчетные кинематические зависимости; произведен учет установления режима течения в диспергаторах радиального и аксиального типа; произведена оценка влияния основных геометрических и режимных параметров ГМД на возбуждение ка-витационного режима диспергирования.

3. Разработаны приближенные способы решения уравнения нестационарного движения жидкости в ГМД, в том числе на основе эвристического подхода; получено аналитическое приближенное решение для случая малых величин гомохронности; получена приближенная формула для расчета основных кинематических характеристик течения жидкости в ГМД и режима работы диспергатора с учетом вязкости РЖ.

4. Доказана теорема и проведен расчет площади проходного сечения системы каналов ротора и статора гидромеханического диспергатора с каналами треугольного сечения как функции времени, показаны преимущества такого диспергатора. Доказана теорема о скорости изменения площади поперечного сечения системы каналов (отверстий) ротора и статора при их относительном вращательном соосном движении - для роторного диспергатора аксиального типа и о равенстве нулю интеграла от импульса ускорения по периоду генерации импульсов.

5. Разработана итерационная процедура расчета кавитационного режима работы ГМД при заданном оптимальном числе кавитации и доказана сходимость итерационных вычислений; исследован гидромеханический аспект процесса диспергирования в турбулентном режиме работы диспергатора, получены формулы для расчета размера частиц РЖ и их . распределения.

6. Экспериментально получены зависимости параметров процессов течения и приготовления РЖ от основных режимных и конструктивных параметров ГМД и установлено: увеличение перепада давления в ГМД приводит к повышению дисперсности РЖ, причем это влияние носит монотонный характер, и энергетическое воздействие этого фактора пропорционально его третьей степени, а влияние скорости вращения ротора на дисперсность РЖ носит, наоборот, экстремальный характер;

329 влияние радиального зазора на дисперсность РЖ пропорционально величине зазора в степени - 2,5; существование такого диапазона изменения отношения ширины канала ротора к ширине канала статора, при котором приготовление РЖ I наиболее эффективно (ар=2ас).

7. По разработанной технической документации серийно изготавливаются в ОАО «Малаховский экспериментальный завод» гидромеханические диспергаторы в составе универсального диспергирующего оборудования, предназначенного для установки на насосных станциях типа СИЛ, СНТ, СНП-55 и АЗ-2СМ для приготовления и регенерации РЖ в гидросистеме механизированной крепи и установки УСЭМ для приготовления РЖ на поверхности шахт и в подземных условиях, которое внедрено на шахтах ОАО «Интауголь», «Воркутауголь», «Кузнецку го ль», «Кузбассуголь» и в ПО «Беларуськалий». Созданное оборудование позволило снизить расход запасных частей гидропривода мехкрепей в среднем в 1,9 раза.

1. Финкелыптейн З.Л. Применение и очистка рабочих жидкостей для горных машин. М. :Недра, 1986.2. t Клейтон В. Эмульсии. Их теория и технические применения // М. :Изд. иностр. лит.

2. Дерягин Б.В., Кротова H.A. Адгезия. М.:НаукаД 949.240с.4. у/ Абрамзон A.A. Эмульсии //.- Л.Химия,1972.

3. Гаркунов Д.Н. Триботехника и экономика//Вестник машиностроения. -1990.-№9. -с. 14-16.

4. Гетопанов В.Н., Рачек В.М. Проектирование и надежность средств комплексной механизации. М.:Недра, 1986.

5. Солод В.И. Расчет и конструирование механизированных крепей. -М.:Недра,1988.

6. Хорин В.Н., Клейман В.Д. О приготовлении эмульсий для систем гидропривода шахтных механизированных крепей. Уголь, 1972.-№2.

7. Аксиально-поршневой регулируемый гидропривод. // Под ред. В.Н.Прокофьева. М.: Машиностроение, 1969. - с. 496

8. Кондаков Л.А. Рабочие жидкости и уплотнения гидравлических сис-тем.//М.-Машиностроение.-1982.-250с.

9. Микипорос Ю.А., Тимофеев М.Ю. Улучшение свойств рабочей жидкости гидросистем. -М.:Вестник машиностроения, 1986,№3. с.24-26.

10. Зеркалов Д.В. Очистка-резерв экономии рабочих жидкостей и повышения надежности гидросистем. М. ."Вестник машиностроения, 1986,№3,с.21-22.

11. Давыдов C.B. и др. Применение волновой технологии для улучшения СОЖ. // Вестник машиностроения. 1988. - " 6. - С. 56-58.

12. Рутман П.А., Лобанцова B.C., Фанштейн И.З., Антонова Н.Г. Способ улучшения эксплуатационных свойств водомасляных СОЖ //М.:Вестник машиностроения, 1987,№ 12.

13. Методы испытания гидравлических жидкостей. Laboratory parameters for hiqh water based hydraulic fluid testinq/ Huqhes D.G., Forsberq J.W. //Additive schmierst und Arbeitsflassiqk. 5Inq/ Kolloq., Essinqen. - 1986.

14. Балабышко A.M. Повышение надежности работы гидропривода механизированных крепей очистных комплексов: Обзор информ. // Сер. Горное оборудование / ЦНИИТЭИтяжмаш. М., 1990, вып. 6. - 20 с.

15. Справочник по триботехнике /Под общей ред. Хебды М., Чичинадзе A.B.- М.:Ин-т Машиноведения, Варшава.: В.К.Л., 1989,Т. 1,396 с.

16. Скляров H.A. Оценка и повышение качества капитально ремонтируемых крепей // Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. техн. наук. М. :МГИ, 1982.

17. Алешин А.Н. Исследование предохранительных клапанов шахтных механизированных крепей с целью повышения их надежности //Дис. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук. М.:МГИ, 1991.

18. Аврунин Г.А., Венцель Е.С., Ливада Г.Ф., Рокшевский В.А. Улучшение эксплуатационных свойств масел для гидравлических приводов путем диспергирования механических примесей Трение и износ, 1983, t.IV, №1.

19. Белянин П.Н., Черненко Ж.С., Авиационные фильтры и очистители гидравлических систем М. Машиностроение, 1964.

20. Установка для приготовления эмульсии на поверхности //Рац. Предложения и изобретения, рекомендуемые министерством для внедрения в угольной промышленности: Науч.-техн.реф. сб./ЦНИЭИуголь-М.,1986,№ 11,с.8-9.

21. Ишлинский А.Ю., Крачельский И.В., Алексеев Н.М. и др. Проблемы изнашивания твердых тел в аспекте механики. Трение и износ, 1986,Т.7,№4,с.581 -592.

22. Будагов Ф.К. Исследование процесса очистки рабочей жидкости гидросистем экскаваторов с использованием эффекта кавитации.// Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. техн. наук. Л.: ЛИСИ,1971.

23. Венцель Е.С., Дворненко Г.П. Применение гидромеханических диспе-гаторов для улучшения эксплуатационных свойств моторных масел. -Химия и технология топлива и масел. 1972,№10,с.21.

24. Балабышко A.M. Прогрессивное оборудование для получения высококачественных СОЖ: Обзор, информ. //Технология машиностроит. производства. Сер. Информ. обеспечение общесоюзных науч. техн. программ / ВНИИТЭМР.-М.,1989, вып.2.-40 с.

25. Установка для приготовления эмульсии на поверхности шахты. //Рац. предложения и изобретения, рекомендуемые министерством для внедрения в угольной промышленности. :Научн. техн. реф.сб.-ЦНИЗИуголь, М.1986,№11,с.8-10.

26. Венцель Е.С., Снитковский М.М., Юрьев В.Н. Улучшение смазочных свойств смазочных масел при применении в системах смазки гидродинамического диспергатора. М.:Вестник машиностроения, 1972,№10.

27. Применение гидравлических жидкостей. Tanigucti Tetsuo. //Юацугидзюцу. Hudraul and pheum,1988,c.32-37.

28. Гидравлические жидкости на основе воды. Wter-based lubicasion -major breakthrough. Jinger, Haimi, Kaljce, Arlene. J.Afr. Mech-end,1986, №4, c.106-107, 110-111.

29. Розенбаум M.A., Украинский А.И., Скуба В.Н. и др. // Работоспособность гидрофицированных крепей в условиях многолетней мерзлоты. -Новосибирск: Наука, 1988. 101с.

30. Инструкция по приготовлению и применению водной эмульсии для гидросистем механизированных крепей, крепей сопряжения, гидропере-движчиков и гидростоек с внешним питанием. М.:ИГД им. А. А.Скочинского, 1974,31 с.

31. Балабышко A.M. Об использовании для производства рабочих жидкостей роторных аппаратов с модуляцией потока //Уголь, 1988,№2.

32. Балабышко A.M. Установка для приготовления и регенерации рабочих жидкостей на добычном участке//Уголь, 1990,№4.

33. Балабышко A.M. Расчет гидромеханического диспергатора для регенерации рабочих жидкостей Уголь, 1991 ,№6.

34. Снегирев В.М., Балабышко A.M., Юдаев В.Ф. Внедрение ультразвуковых установок для приготовления эмульсий. / Горные машины и автоматика: Экспресс-информ. /ЦНИИЭИуголь. М.,1982., №6.- с.34-39.

35. Балабышко A.M. Обоснование, разработка и создание оборудования по приготовлению и регенерации рабочих жидкостей для механизированных крепей очистных комплексов. //Автореферат диссертации на соискание ученой степени докт. техн. наук.-М.:МГИ, 1992.

36. V- Смесители для непрерывного приготовления эмульсии // Изобретательство и рационализация в угольной промышленности: Науч.-техн.рефер.сб. М.:ЦНИЭИуголь, 1983, №11. - с. 58-59.

37. Пономаренко Ю.Ф., Каштанова В .Я., Ковбаса А.П. установка гидродинамическая для приготовления эмульсии // Информ.лист. № 84-18 / Московский ЦНТИ. М., 1984. - 4 с.

38. Балабышко A.M. Повышение надежности работы гидропривода механизированных крепей очистных комплексов //Сер. Горн, оборуд./ ЦНИИТЭИтяжмаш.-М.: 1990.Вып.6.20с.

39. Мы конструируем также и в области гидравлики очистных забоев. Насосы высокого давления сердце очистного забоя: Рекл. проспект / Фирма "Хаухинко" (ФРГ) - Дюссельдорф, 1983. - 43 с.

40. Гетопанов В.Н., Зимин А.И., Балабышко A.M., Ракитин А.Н. К вопросу о снижении затрат при производстве рабочей жидкости для гидросистем механизированных комплексов //Тезисы докл. Междунар. семинара "Горная техника на пороге XX века". М., МГГУД996.

41. Ружицкий В.П. Обоснование параметров оборудования для приготовления высокодисперсных рабочих жидкостей гидросистем очистных комплексов// Проблемы и перспективы развития горной техники. М: МГГУ, 1995 г.

42. Карновский М.И. Теория и расчет сирен //Журн. Тех. Физики. 1945. Т. 15,№6.С.348-364.

43. Willems P. Applikation of ultrasonic techniques to pulping and refining // World's Paper Trade Rev/ 1961/N 19/P155-159.

44. Willems P. Kinematic high-frequency and ultrasonic treatment of pulp // Pulp and Paper Mag. Canada. 1952. Vol. 63, N 9.P. 19-25.

45. Балабуткин M.A. Роторно-пульсационные аппараты в химико-фармацевтической промышленности. М. ¡Медицина, 1983. 160 с.

46. Балабуткин М.А., Борисов Г.Н. О путях повышения эффективности акустических и гидродинамических явлений в роторно-пульсационных аппаратах // Новые физические методы интенсификации технологических процессов. М., 1977. С.98-102 (Науч. тр./ МИСиС; №92).

47. Юдаев В.Ф. Исследование гидродинамического аппарата сиренного типа и его использование для интенсификации технологических процессов в гетерогенных системах: Автореф. дис. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук. М.,1970.

48. Юдаев В.Ф., Кокорев Д.Т. Исследование гидродинамической сирены // Изв. вузов. Машиностроение. 1969. №10.с. 72-77.

49. Скучик Е. Основы акустики. Т.1.Мир, 1976. 520 с.

50. Сопин А.И., Романов Ю.П., Варламов В.М. и др. Исследование спектрального состава акустического поля гидродинамической сирены // Совершенствование конструкций машин и методов обработки деталей. Челябинск, 1975. С.67-73. (Научн. тр. ЧПИ; № 164).

51. Сопин А.И. Исследование параметров гидродинамической сирены с целью получения высоко дисперсных гетерогенных сред: Автореферат дисс. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук. М.,1975. 16 с.

52. Биглер В.И., Юдаев В.Ф.Нестационарные истечения реальной жидкости через отверстия гидродинамической сирены/Акуст. журн.1978, Т.24. №1.С. 289-291.

53. Чугаев P.P. Гидравлика. JL: Энергоиздат, 627 с.

54. Биглер В.И., Лавренчик В.Н., Юдаев В.Ф. Возбуждение кавитации в аппаратах типа гидродинамический сирены/Акуст. журн.1978, Т.24.№ 1. С.34-39.

55. Кутателадзе С.С. Анализ подобия в теплофизике. Новосибирск: Наука, 1982.280 с.

56. Звездин А.К. Использование аппаратов типа РАМП для получения высокодисперсных эмульсий в режиме развитой акустической кавитации: Автореф. дис. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук. М.,1983. 16 с.

57. VKoKyniKHH O.A. Исследование некоторых закономерностей работы ро-торно-пульсационных аппаратов: Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. техн. наук. Л., 1969. 19 с.

58. Юдаев В.Ф. Гидромеханические процессы в роторных аппаратах с модуляцией проходного сечения потока обрабатываемой среды // Теорет. основы хим. Технологии. 1994. Т.28, №6. Сю581-590.

59. Фридман В.М. Физико-химическое воздействие ультразвука на гетерогенные процессы // Ультразвуковая техника. 1987. № 6. С. 47-58.

60. Юдаев В.Ф., Зимин А.И., Базадзе Л.Г. Методы расчета гидравлических и динамических характеристик модулятора роторного аппарата // Изв. Вузов. Машиностроение. 1985. № 1.С. 65-70.

61. Попов Д.Н. Нестационарные гидромеханические процессы. М. ¡Машиностроение, 1982. 240 с.

62. Балабышко A.M., Саруханов Р.Г., Зимин А.И., Ракитин А.Н., Старцев В.Н. Установка для приготовления и транспортировки эмульсии в гидросистему. Патент РФ № 2113275 //Открытия. Изобретения. 1998. - №17

63. Старцев В.Н., Балабышко A.M., Зимин А.И. Статический смеситель-диспергатор с регулируемой площадью поперечного сечения входного канала //Тезисы докл. Междунар. научно-техн. семинара Проблемы безопасности труда на предприятиях Солигорск Минск.: БАНБЖ.

64. Коваленко В.П., Финкельштейн З.Л. Смазочные и гидравлические жидкости для угольной промышленности М.:Недра, 1991,296 с.

65. Зимин А.И. Старцев В.Н. Аналитическое решение уравнения движения гетерогенной среды через переменное сопротивление // Тезисы докл. научно-технич. конф. «Физико-химические и механические процессы в композитных материалах и конструкциях». М.:ВИМИ,1996.

66. Зимин А.И., Балабышко A.M., Ружицкий В.П. Анализ гидромеханических процессов и расчет кавитационного режима диспергирования в гидромеханическом диспергаторе.-Уголь, 1995, N2, с.46-47.

67. Зимин А.И., Балабышко A.M., Ружицкий В.П. Определение кинематических параметров потока рабочей жидкости в прерывателе гидромеханического диспергатора.-У голь, 1995, №2, с.31-32.

68. Зимин А.И., Балабышко A.M., Ружицкий В.П. Модель кавитационного ансамбля для импульсной интенсификации химико-технологических процессов // Тезисы докл. 9 Всеросс. конф. "Математические методы в химии".-Тверь:ТГТУ, 1995, с.9-10.

69. Зимин А.И., Ружицкий В.П. О коэффициенте гидравлического сопротивления для нестационарных изотермических течений в роторном гидромеханическом диспергаторе //Тезисы докл. 9 Всерос. конф. "Математические методы в химии".-Тверь:ТГТ.У, 1995, с.44.

70. Зимин А.И., Балабышко A.M., Ружицкий В.П. Оптимизация параметров гидромеханического диспергатора //Тезисы докл. Междунар. семинара "Проблемы и перспективы развития горной техники". Секция "Горные машины и оборудование", 1994 -М.:МГГУ, 1995, с.133-136.

71. Султанов Ф.М., Ярин A.A. Перколяционная модель процесса диспергирования и взрывного дробления жидких сред: Распределение капель по размерам // Журн. прикл. механики и техн. физики. 1990. №5, с. 43-48.

72. Зимин А.И., Ружицкий В.П., Старцев В.Н. Анализ резонансного режима работы роторного гидромеханического диспергатора //Тезисы докл. Междунар. симпоз. "Горная техника на пороге XXI века", Москва, 1995. М.-.МГГУ, 1996, с.248 - 249.

73. Ружицкий В.П. Об одном приближенном способе решения нестационарного уравнения Бернулли //Нестационарная гидромеханика: теория, эксперимент, практические приложения /М.:СВС-Технология. 1997. с. 10-15.

74. Ружицкий В.П., Карепанов С.К. Методика инженерного расчета роторного гидромеханического диспергатора//Актуальные проблемы теории, практики и создания роторных аппаратов/СПб.:ИТИ-Центр. 1999. с. 35-42.

75. Ружицкий В.П., Балабышко A.M., Ракитин А.Н. К вопросу оптимизации параметров ГМД//Актуальные проблемы теории, практики и создания роторных аппаратов/СПб.:ИТИ-Центр. 1999. с. 43-46.

76. Zimin A., Karepanov S., Rugicky V. Computer modelling and experiment for impulse cavitation dispergation of working liquids //Актуальные проблемы Теории, практики и создания роторных аппаратов /СПб.:ИТИ-Центр. 1999. с. 49.

77. Балабышко A.M., Ружицкий В.П. Уравнения движения рабочей жидкости в каналах роторного диспергатора с радиальным и аксиальным движением рабочей жидкости //Математические методы в механике прерывистых течений /СПб.:Панорама. 1999. с. 3-5.

78. Зимин А.И., Ружицкий В.П., Карепанов С.К. Основные свойства прерывистых течений в роторных диспергаторах радиального и аксиального типа.//Математические методы в механике прерывистых течений./СПб. :Панорама. 1999. с. 6-18.

79. Карепанов С.К., Ружицкий В.П., Реализация математической модели течения рабочей жидкости в каналах ротора и статора гидромеханического диспергатора // Математические методы в механике прерывистых течений./СПб. .-Панорама. 1999. с. 19-27.

80. Зимин А.И., Ружицкий В.П. Оптимизация процедуры расчета кавита-ционного режима работы роторного гидромеханического диспергатора //Математические методы в механике прерывистых течений /СПб. :Панорама. 1999. с. 28-34.

81. Ружицкий В.П., Карепанов С.К. Влияние периодичности течения в роторном диспергаторе на расчетные кинематические зависимости: учет установления режима течения //Математические методы в механике прерывистых течений/СПб. :Панорама. 1999. с. 40-43.

82. Зимин А.И., Ружицкий В.П. Эксплуатационная надежность кавитаци-онного гидромеханического диспергатора. В кн.:Научн.-техн. конф. "Метрологическое обеспечение эксплуатации и хранения технических объектов". - М.:ВИМИ, 1999, с.67.

83. Зимин А.И., Ружицкий В .П., Карепанов С.К. Оптимизация режима импульсного кавитационного энергетического воздействия //Докл. на-учно-техн. конф. "Материалы и изделия из них под воздействием различных видов энергии" М.: ВИМИ, 1999, с.75-77.

84. Карепанов С.К., Ружицкий В.П. Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности //Тезисы, докл. Междунар. экологического конгресса (V Всероссийск. научно-практич. конф.) Санкт-Петербург, 14-16 июня 2000.

85. Ружицкий В.П. Гидромеханическое диспергирование рабочих жидкостей механизированных крепей //Тезисы докл. Научн.-практич. семинара «Неделя горняка» «Внедрение эффективных диспергирующих горных машин и технологий»-М.: МГГУ, 2000.

86. Зимин А.И., Карепанов С.К., Ружицкий В.П. Моделирование динамических процессов в аппаратах с прерывистым движением рабочей среды //Тезисы докл. Междунар. конф. "Математические методы в технике и технологиях". Санкт-Петербург, 27-28 июня 2000.

87. Ружицкий В.П. Гидромеханическое диспергирование рабочих жидкостей механизированных крепей: внедрение эффективных диспергирующих горных машин и технологий // Горный информационно-аналитический бюллетень МГГУ, № 4, 2000, с. 163-164.

88. Ружицкий В.П. К вопросу о поддержании качества рабочей жидкости гидроприводов механизированных крепей в процессе эксплуатации// Горный информационно-аналитический бюллетень МГГУ, № 4, 2000, с. 169-170.

89. Ружицкий В.П., Карепанов С.К., Зимин А.И., Балабышко A.M. Технология гидромеханического диспергирования в решениях экологических проблем //Труды Междунар.экологич.конгр. «Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности» /СПб. 2000, Т.1, с. 255-256.

90. Зимин А.И., Балабышко A.M., Ружицкий В.П. Резонансный гидромеханический диспергатор. Патент № 2081691 опубл. 20.06.97, Б.И.17.

91. Балабышко A.M., Ружицкий В.П., Ракитин А.Н. Автономная установка для приготовления рабочей жидкости для гидросистем механизированных крепей.-Патент №2134823 опубл. 20.08.99, Б.И. №23.

92. Балабышко A.M., Ружицкий В.П., Зимин А.И., Ракитин А.Н. Установка для приготовления, регенерации и подачи рабочей жидкости в гидросистему механизированных крепей. Патент №2147086 опубл. 27.03.2000, Б.И. №9.

93. Ружицкий В.П., Балабышко A.M., Ваинмаер Е.Е., Ракитин А.Н. Установка для приготовления, регенерации и подачи рабочей жидкости в гидросистему. Патент №2147087 опубл. 27.03.2000, Б.И. №19.

94. Ружицкий В.П., Зимин А.И., Балабышко A.M., Карепанов С.К., Ракитин А.Н. Многокамерный согласованный вихревой аппарат. Патент №2152269 опубл. 10.03.2000, Б.И. №19.

95. Юдаев В.Ф., Ружицкий В.П., Балабышко A.M., Ракитин А.Н., Серова М.А., Никитина Е.В. Струйный гидродинамический излучатель акустических колебаний. Патент №2156665 опубл. 30.05.2000, Б.И.№27.

96. Ружицкий В.П., Зимин А.И., Балабышко, A.M., Карепанов С.К., Ракитин А.Н. Двухчастотный вихревой генератор. Положительное решение от 29.03.2000 по заявке на патент №99116889.

97. Ружицкий В.П., Зимин А.И., Балабышко A.M., Канатаев Ю.А., Карепанов С.К., Ракитин А.Н., Старцев В.Н. Двухкамерный вихревой генератор. Положительное решение от 30.03.2000 по заявке на патент №99116642.

98. Ружицкий В.П., Зимин А.И., Балабышко A.M., Карепанов С.К., Ракитин А.Н. Роторный аксиальный конфузорный аппарат. Положительное решение от 30.03.2000 по заявке на патент №99116882.

99. Ружицкий В.П., Зимин А.И., Балабышко A.M., Юдаев В.Ф., Карепанов С.К., Ракитин А.Н., Канатаев Ю.А., Старцев В.Н. Вихревойакустический генератор. Положительное решение от 28.09.2000 по заявке на патент №99116888.

100. Зимин А.И., Балабышко A.M., Ружицкий В.П. Низкочастотный гидромеханический диспергатор. Положительное решение от 30.07.96 по заявке на патент 95103198/26 (005877).

101. Зимин А.И., Балабышко A.M., Ружицкий В.П. Гидромеханический диспергатор. Положительное решение от 28.02.96 по заявке на патент №94043916/26(044379).

102. Neppiras Е.А. Acoustic cavitation // Phys. Rep. Vol. 61, №3. P. 159-251.

103. Lauterborn W. Cavitation: General and basic aspects // Symp. On finite-amplitude ware effects in fluids, Copengagen, 1973; Proceedings. Copengagen, 1974. P. 195-202.

104. Дрейден Г.В., Дмитриев А.П., Островский Ю.И. и др. Исследование ударных волн, образующихся в воде при схлопывании кавитационого пузырька // Журн. техн. физики. 1983. Т. 53, №2. С.311-314.

105. Gimenez G. The simultaneous study of light emissions and shock waves produced by cavitation bubbles//J. Acoust. Soc. Amer. 1982. Vol. 71, №4. P.839-846.

106. Tsuda Y., Ueki H., Hirose Т., Kimoto H. Experimental study of the shock generation at the collapse of cavitation bubble// Bull. JSME. 1982. Vol. 25, №210. P. 1890-1897.

107. Chahine G.L., Courbiere P., Garnaud P. Correlation between noise and dynamics of cavitation bubbles// Proc. VI Conf. Fluid Mach. Budapest, 1979. Vol. 1. P. 200-209.

108. Ke Jion, Yamaguchi Atsushi. Cavitation characteristics of long orifices in unsteady flows// J.Jap. Hydraul. and Pneum. Soc. 1995. Vol.26, №1. P.82-87

109. De Chizelle Y. Kuhn, Ceccio S.L. Observations and scaling of travelling bubble cavitation// J. Fluid Mech. 1995. Vol. 293. P. 99-126