автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.02, диссертация на тему:Разработка оптимальной структуры мотальной паковки замкнутой намотки для фильтров

На правах рукописи

ЕРШОВА ЕЛЕНА СЕРГЕЕВНА

РАЗРАБОТКА ОПТИМАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ МОТАЛЬНОЙ ПАКОВКИ ЗАМКНУТОЙ НАМОТКИ ДЛЯ ФИЛЬТРОВ

Специальность 05 19 02 «Технология и первичная обработка текстильных материалов и сырья»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1г

Москва - 2008

003446668

Работа выполнена на кафедре ткачества Государственного общеобразовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный текстильный университет имени А Н Косыгина»

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Юхин Сергей Семенович

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор Карева Татьяна Юрьевна

кандидат технических наук, доцент Ликучева Анастасия Анатольевна

Ведущая организация Государственное общеобразователь-

ное учреждение высшего профессионального образования «Костромской государственный технологический университет».

Защита состоится « 2008 г в часов на засе-

дании диссертационного совета Д 212 139 02 при Государственном общеобразовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный текстильный университет имени А Н Косыгина» по адресу 119071, Москва, улица Малая Калужская, дом 1

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного общеобразовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный текстильный университет имени А Н Косыгина»

Автореферат разослан f 2008 г

/ '

Ученый секретарь диссертационного совета

Доктор технических наук, профессор //}/, Шустов Ю С

АННОТАЦИЯ

В диссертационной работе изложены результаты теоретических и экспериментальных исследований, проведенных с целью определения оптимальных технологических параметров изготовления мотальных паковок замкнутых намоток для фильтров

Предложен метод определения параметров строения мотальных паковок замкнутых намоток от профиля (щелевидности) пор

В работе получены математические модели, определяющие взаимосвязь между технологическими параметрами изготовления мотальных паковок замкнутых намоток и параметрами их строения

Составлена программа расчета мотальных паковок замкнутых намоток для очистки водных суспензий от взвешенных частиц фракций заданной крупности на основе изучения геометрических и гидравлических характеристик по-ровых каналов

Проведены исследования влияния параметров строения и технологических параметров изготовления мотальных паковок для фильтров на их свойства <

В диссертационной работе определены оптимальные технологические параметры изготовления мотальных паковок замкнутых намоток для фильтров

АВТОР ЗАЩИЩАЕТ

1 Методику проектирования мотальной паковки замкнутой намотки для фильтрации суспензий от взвешенных частиц фракций заданной крупности

2 Результаты расчетов влияния профиля (щелевидности) пор на параметры строения и гидравлические свойства мотальных паковок

3 Математические зависимости свойств и строения мотальных паковок замкнутых намоток от технологических параметров их изготовления

4 Оптимальные технологические параметры изготовления мотальных паковок замкнутых намоток для фильтров

5 Конструкцию реечного патрона с улучшенными гидравлическими характеристиками \

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы

Глобальное применение фильтрования воды и других жидкостей в различных производственных отраслях приводит к необходимости повышения надежности работы фильтровальных систем, основным рабочим органом которых является сменный фильтр 1

Тема работы актуальна, так как направлена на решение задач, связанных с разработкой методов проектирования мотальных паковок замкнутых на\(оток для таких фильтров

Целью данной работы является разработка метода проектирования фильтров для очистки водных суспензий от взвешенных частиц фракций заданной крупности на основе изучения геометрических и гидравлических характеристик поровых каналов мотальной паковки замкнутой структуры намотки

Задачи и общая методика исследования

В диссертационной работе решались следующие задачи

1 разработка метода проектирования мотальных паковок замкнутых намоток для фильтрации суспензий от взвешенных частиц фракций заданной крупности,

2 установление зависимостей между технологическими параметрами изготовления мотальных паковок замкнутых намоток, параметрами строения мотальных паковок и их свойствами,

3 установление оптимальных технологических параметров изготовления мотальных паковок замкнутых намоток для фильтров

Методика данного научного исследования включает проведение теоретических и экспериментальных исследований Теоретические исследования основаны на использовании научных теорий фильтрования, строения и проектирования мотальных паковок, планирования и анализа эксперимента, регрессионного анализа Все вычисления производились с использованием ПВЭМ Экспериментальные исследования проводились в условиях лаборатории кафедры ткачества и кафедры аналитической, физической и коллоидной химии Московского государственного текстильного университета имени А Н Косыгина

Применяемые экспериментальные и теоретические методы исследования обеспечили необходимую достоверность получаемых результатов

Научная новизна работы заключается в том, что

разработан метод проектирования мотальных паковок замкнутых намоток для фильтрации суспензий от взвешенных частиц фракций заданной крупности;

определено влияние профиля (щелевидности) пор на параметры строения и гидравлические свойства мотальных паковок,

установлена зависимость угла подъема винтовой линии на паковке от скорости переносного движения нитей,

получены математические модели, определяющие взаимосвязь между технологическими параметрами изготовления мотальных паковок замкнутых намоток, параметрами строения мотальных паковок и их свойствами

Практическая значимость работы заключается в том, что

получены формулы для расчета эквивалентного диаметра транзитного канала поры и послойной длины нити на паковке замкнутой структуры намотки,

установлены оптимальные технологические параметры формирования мотальных паковок,

предложена программа для расчета геометрических и гидравлических параметров мотальных паковок замкнутых намоток для фильтров,

предложен патрон для формирования на «го поверхности пористого волокнистого слоя намотки, позволяющий снизить сопротивление пористой перегородки потоку фильтруемой суспензии

Апробация работы

Основные положения диссертации обсуждались на заседаниях кафедры ткачества МГТУ им А Н Косыгина (2005-2008 г) Результаты диссертационной работы были изложены на Межвузовской научно-технической конференции «Современные проблемы текстильной и легкой промышленности», Москва, Международной научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (Текстиль - 2006), Москва, Международной научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (Текстиль - 2007), Москва, Международной научно-технической конференции «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (ПРОГРЕСС - 2007), Иваново, Межвузовской научно-технической конференции «Поиск решения актуальных проблем производства молодыми учеными и студентами», Димитровград-2008г

Публикации

По теме диссертационной работы опубликовано 7 научных работ

Структура и объем диссертационной работы

Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, рекомендаций, списка литературы и приложения Работа изложена на 179 страницах, включает 10 таблиц, 59 рисунков Список литературы включает 74 наименования Приложения представлены на 20 страницах

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, ее научная новизна и практическая ценность Сформулированы цели и задачи исследования и представлены основные положения, выносимые автором на защиту

В первой главе проведен обзор литературы по теме диссертации Работы, относящиеся к теме данного исследования, рассматривались по следующим направлениям исследование строения, свойств и условий изготовления мотальных паковок, анализ существующих методов проектирования и оптимизации строения мотальных паковок, процессы фильтрации и осаждение частиц загрязнений в теле фильтра

Анализ литературных источников показал, что при всем разнообразии проведенных исследований в области рассматриваемых вопросов, в большинстве работ разработаны методы проектирования мотальных паковок для последующего их использования в ткацком производстве или для последующих

жидкостных обработок крашением или отбелкой, что не дает полной возможности применять их для проектирования фильтров

Аналитический обзор литературных источников подтвердил актуальность выбранной темы диссертационной работы, ее научную значимость и практическую ценность.

Во второй главе на основе геометрических и гидравлических характеристик поровых каналов разработан алгоритм расчета параметров строения мотальных паковок замкнутых намоток для очистки водных суспензий от взвешенных частиц фракций заданной крупности

Рассмотрен принцип осаждения частиц загрязнений в теле пористой перегородки фйльтра, на основании чего был сделан вывод о том, что для того, чтобы частицы загрязнений задерживались в теле паковки необходимо сформировать ячейки поры на нижнем слое намотки, размер эквивалентного диаметра которых соответствовал бы диаметру частиц загрязнений, задержание которых необходимо осуществить

Порядок проектирования мотальных паковок включает 2 этапа

1 Расчет геометрических размеров профиля поры для задержания частиц фракций заданной крупности, и расчет заправочных параметров для выработки таких паковок

2 Расчет технических и гидравлических параметров получаемых паковок На первом этапе проектирования определялся эквивалентный диаметр

поры требуемой для задержания частиц загрязнений заданной крупности Для расчета эквивалентного диаметра поры получено выражение

где Б - площадь ромба, см2, Р — периметр ромба, см,

Ь2 и - диагонали ячейки - ромба сквозного отверстия, см Для того чтобы получить размер сквозного отверстия вычтем из известной величину диагонали А диаметр нити, а внутренний размер диагонали Ь2 найдем через подобие треугольников

2 2 0,5 Ь2 /2 _ Ь2-/2

(1)

н

(2)

Р

ь, /2 = 2 Я /2

/у п\'Р Л

где Ьь ^ - большая и малая диагонали ромба (рис 1),

О - текущий диаметр намотки, см, Н - высота намотки, см,

П| - число целых оборотов бобины за цикл движения нитеводителя, р - число замыканий

Рисунок 1 Ячейка слоя в структуре замкнутых намоток

Для того чтобы сформировать паковку с требуемым эквивалентным диаметром порового канала надо на мотальном автомате установить определенное передаточное отношение между веретеном бобины и кулачком нитеводителя

Передаточное отношение для формирования намоток замкнутой структуры рассчитывается по формуле

I [ \

1 1

1о=Т - + п к {_ р

'1

(4)

г„ =

п

(5)

где к=8 - число оборотов кулачка нитеводителя за цикл движения нитеводителя - один двойной ход, г = 1 - кратности замыканий,

П| - целое число оборотов бобины за цикл движения нитеводителя

По представленным выше формулам были спроектированы мотальные паковоки замкнутых намоток для очистки водной суспензии от взвешенных твердых частиц размером 1,2 мм Результаты расчетов представлены в таблице 1

Таблица 1 Таблица зависимостей профиля поры от числа замыканий и числа витков,

Парам \ № фильтра Фильтр 1 Фильтр 2 Фильтр 3 Фильтр 4 Фильтр 5

Число витков п 6 7 8 9 10

Число замыканий р 48 43 39 36 . 33

Парам \№ фильтра Фильтр 1 Фильтр 2 Фильтр 3 Фильтр 4 Фильтр 5

Диаметр эквивалентный с!экв, мм 1,20 1,20 1,20 1,18 1,19

Площадь поры в, см2 0,0146 0,0154 0,0163 0,0163 0,0179

Большая диагональ Ь, см 0,19 0,21 0,23 0,25 0,27

Меньшая диагональ Г, см 0,15 0,15 0,14 0,13 0,13

Периметр Р, см 0,489 0,514 0,541 0,567 0,603

Щелевидность 1,24 1,44 1,65 1,85 2,06

Профиль ячейки 0 0 0 t |

Образец структуры намотки и профиль пор для фильтра с числом замыканий 15 и числом витков 6 представлены на рисунке 2

На втором этапе проводился расчет базовых технических и гидравлических показателей пористых перегородок фильтров К базовых техническим показателям пористых перегородок относятся базовый вес фильтра, толщина пористой перегородки, размер пор, пористость

Под пористостью перегородки понимается отношение объема свободного от нити пространства - пор к общему объему паковки Пористость паковки зависит от числа замыканий намотки С увеличением числа замыканий (р) увеличивается длина нити, а, следовательно, ее объем на паковке при том же диаметре намотки бобины, и пористость паковкн снижается

Для послойного расчета длины нити на паковке получено выражение

. я-D, 2 Н

к =-1 —г Р (6)

cosa И

где Ц - текущий диаметр намотки, см, а - угол подъема витков, град, Н - высота намотки, см, И - шаг намотки, см,

Гидравлические характеристики фильтров оцениваются по показателям гидравлической проницаемости пористой перегородки, потери давления на фильтре, сопротивления пористой перегородки потоку жидкости, расходу

Под гидравлической проницаемостью пористой перегородки понимается способность пористой перегородки пропускать жидкость или газ под действием перепада давления или напора

Рисунок 2 Структура намотки и профиль пор.

В работе для описания пористых перегородок использован коэффициент гидравлической проницаемости, который учитывает физико-геометрические характеристики пористой среды. Эта зависимость описывается уравнением Ко-зени-Кармана в виде:

к -

где 80- удельная поверхность пор, м2/м3;

е - пористость (отношение объема пор к объему фильтра); Ко — коэффициент Козени;

Коэффициент Козени характеризует геометрию пор и рассчитывается по формуле:

(8)

где к0 - параметр зависящий от формы и размеров сечения поровых каналов. 5е/б - фактор извилистости.

Для определения гидравлических показателей фильтров была собрана лабораторная установка (рисунок 3). Испытания гидравлических характеристик фильтров проводились на чистой воде.

Рисунок 3 Схема фильтровальной установки (где 1 - колба с фильтропа-троном, 2 - кран, 3 - манометры, 4 - датчик расхода воды).

Зависимость изменения гидравлических показателей паковок с изменением щелевидности пор представлена в таблице 2.

Таблица 2 Зависимость изменения гидравлических показателей паковок с изменением щелевидности пор.____

Параметры \ Номер паковки Фильтр 1 Фильтр 2 Фильтр 3 Фильтр 4 Фильтр 5

Щелевидность 1,24 1,44 1,65 1,85 2,06

к0 показатель зависящий от профиля поры 2 2,125 2,25 2,375 2,5

(бе/5)2 фактор извилистости 1 1 1 1 1

Удельная поверхность пор, м2/м' 557040,80 557084,04 557137,57 557229,04 557255,58

Коэффициент проницаемости, м2 7,72-10"'3 7,19 Ю"13 6,7-Ю"13 6,2-Ю"'3 5,85-Ю'13

Ар перепад давлений, ат 0,265 0,284 0,305 0,330 0,349

Параметры \ Номер паковки Фильтр 1 Фильтр 2 Фильтр 3 Фильтр 4 Фильтр 5

Коэффициент фильтрации, м/с 7,48 10"6 6,97 106 6,49 106 6,01 10 6 5,67 106

Коэффициент сопротивления пористой перегородки 1,84 10+1° 1,98 10+1° 2,13 10+,° 2,3 10+|° 2,43 10+|°

Таким образом потери напора на фильтре и сопротивление пористой перегородки минимальны в паковках с профилем пор стремящемся к квадрату, а коэффициент проницаемости в таких паковках максимален Откуда сделан вывод о том, что гидравлические показатели пористой перегородки лучше у фильтра выработанного с наименьшим передаючным отношением

В третьей главе диссертации приведены математические методы и средства исследований

Для исследования влияния технологических параметров на условия изготовления и свойства мотальных паковок для фильтров применялся метод математического планирования эксперимента по плану Бокса (ВЗ) Принятый метод планирования эксперимента позволил получить математическую модель второго порядка, описывающую влияние выбранных факторов (заправочного натяжения нити, высоты баллона и величины шага винтовой линии намотки) на критерии оптимизации

В качестве критериев оптимизации процесса перемотки были приняты плотность намотки паковок, разрывная нагрузка нитей, разрывное удлинение нитей, воздухопроницаемость намоток паковок

В четвертой главе приведены экспериментальные исследования свойств и условий изготовления мотальных паковок на мотальном автомате «Макро-мат»

В результате выполненных исследований получены математические модели, установлена взаимосвязь между технологическими параметрами наматывания и критериями оптимизации, а также определены оптимальные технологические параметры изготовления мотальных паковок замкнутых намоток для фильтров* заправочное натяжение нитей Рзапр= 15-17 сН, высота баллона И = 40 см, величина шага винтовой линии намотки Ь = 60 мм

Установлено, что наибольшее влияние на воздухопроницаемость мотальных паковок оказывает заправочное натяжение нити С увеличением заправочного натяжения нитей с 10 до 50 сН воздухопроницаемость исследуемых образцов снижается с 496 до 439,44 дм3/м2 с

На основе анализа движения нитераскладчика и использовании метода графического дифференцирования определено изменение скорости переносного движения за цикл раскладки нити при перематывании и исследовано влияние скорости переносного движения нити на строение паковки и линейную скорость перематывания

Установлено, что изменение скорости переносного движения нити приводит к увеличению плотности намотки у торцов бобины в 1,5 2 раза по сравнению с межторцевой частью паковки Это происходит в результате того, что при подходе к точкам изменения направления раскладки нити в торцах паковки скорость переносного движения нити уменьшается до нуля, при этом уменьшается также угол подъема винтовой линии и вместо крестовой намотки в торцевых участках паковки возникает намотка близкая к рядовой

В пятой главе рассмотрены вопросы совершенствования технологического процесса формирования мотальных паковок замкнутых намоток для фильтров путем модернизации привода мотального автомата, а также улучшение процесса фильтрации за счет использования реечного мотального патрона, позволяющего существенно снизить сопротивление пористой перегородки потоку фильтруемой суспензии

В приложении представлены изображения пористой структуры наработанных фильтров, результаты расчетов геометрических и гидравлических параметров спроектированных паковок, результаты расчета прочностных характеристик реечного мотального патрона

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Литературный обзор по теме исследования подтвердил ее актуальность, связанную с разработкой методов проектирования мотальных паковок для очистки водных суспензий от взвешенных частиц фракций заданной крупности на основе изучения геометрических и гидравлических характеристик по-ровых каналов

2 Установлена взаимосвязь между геометрическими и гидравлическими параметрами мотальных паковок и проведен расчет технических параметров строения мотальных паковок, определяющих их физико-механические свойства

3 Разработан метод проектирования мотальной паковки замкнутой намотки, предназначенной для очистки суспензии от взвешенных частиц фракции заданной крупности

4 Получено уравнение длины нити на паковке замкнутой структуры намотки, учитывающее приращение длины нити в каждом последующем слое намотки от угла подъема витков

5 Спроектированы фильтропатроны с различной щелевидностью пор, предназначенные для очистки водной суспензии от взвешенных частиц размером 1,2 мм.

6 Получены математические модели строения и свойств мотальных паковок в зависимости от заправочного натяжения нитей, высоты баллона и шага витков намотки

7 Установлены оптимальные технологические параметры формирования мотальных паковок для фильтров заправочное натяжение нитей РзаПр=

15-17 сН, высота баллона h = 40 см, величина шага винтовой линии намотки L = 60 мм

8 Предложен способ снижения сопротивления пористой перегородки фильтра потоку фильтруемой суспензии и разработана конструкция реечного патрона

*

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах

1 Ершова ЕС Разработка оптимальной структуры мотальной паковки замкнутой намотки для фильтров // Тезисы докладов Межвузовской научно-технической конференции «Современные проблемы текстильной и легкой промышленности» - Москва, ГОУ ВПО РосЗИТЛП, 2006 г - 43с

2 Юхин С С, Ершова Е С Фильтрующие элементы из полипропилена // Тезисы докладов Международной научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (Текстиль - 2006) — М МГТУ им А Н Косыгина, 2007г - с 74

3 Ершова Е.С , Юхин С С Расчет параметров структуры цилиндрической намотки // Сборник материалов международной научно-технической конференции «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (ПРОГРЕСС - 2007) - Иваново, ИГТА, 2007 г - 2с

4 Ершова Е С , Юхин С С Определение оптимальных технологических параметров получения мотальной паковки прецизионной намотки заданных параметров // Тезисы докладов Международной научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (Текстиль - 2007) - М МГТУ им А Н Косыгина, 2008г - с 3 8-39

5 Ершова Е С , Юхин С С Влияние параметров перемотки на формирование пористой структуры мотальной паковки замкнутой намотки для фильтров // Известия высших учебных заведений Технология текстильной промышленности, 2008 - № 2С. - с 61 -63

6 Ершова Е С , Юхин С С Расчет пропускной способности текстильных фильтров замкнутой структуры намотки // Известия высших учебных заведений Технология текстильной промышленности, 2008 - №2 - с 140-142

7 Ершова Е С, Юхин С С О недостатках мотального оборудования фрикционного типа и путях их устранения // Тезисы докладов Межвузовркая научно-технической конференции «Поиск решения актуальных проблем производства молодыми учеными и студентами» - Димитровград, 2008г. - с 184-185

Подписано в печать 01 09 08 Формат бумаги 60x84/16 Бумага множ Услпечл 1,0 Заказ 273 Тираж 80 ГОУВП0 «МГТУ им А Н Косыгина», 119071, Москва, ул Малая Калужская, 1

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. АНАЛИЗ ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ

1.1 Параметры строения и способы формирования мотальных паковок.

1.2 Процессы фильтрации и принципы осаждения частиц загрязнений в пористой структуре фильтра.

Выводы к главе 1.

Глава 2. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Метод расчета пор в пористой перегородке.

2.1.1 Расчет геометрических характеристик пористой перегородки.

2.1.2 Расчет технических показателей пористой перегородки.

2.2 Метод расчета фильтровальных паковок замкнутой намотки.

2.2.1 Расчет гидравлических характеристик пористой перегородки.

2.2.2 Осаждение частиц загрязнений в структуре пористой перегородки.

2.3 Подходы к выбору сырьевого состава и линейно-плотностных характеристик используемого сырья.

2.4 Метод проектирования мотальной паковки замкнутой намотки, предназначенной для очистки суспензии от взвешенных частиц фракций заданной крупности.

Глава 3: СРЕДСТВА И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ, ОБОСНОВАНИЕ ОБЪЕКТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ

3.1 Математические методы, применяемые при исследовании физико-механических свойств фильтровальных паковок.

3.2 Методика и средства исследований физико-механических свойств фильтровальных паковок.

Выводы к главе 3.

Глава 4: ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

4.1 Исследование влияния заправочных параметров на физико-механические свойства мотальных паковок.

4.2 Определение скоростей и ускорений методом построения кинематических диаграмм.

4.2.1 Использование метода графического дифференцирования при оценки переменной скорости нитераскладчика.

Выводы к главе 4.

Глава 5: РЕКОМЕНДАЦИИ ПО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ФОРМИРОВАНИЯ МОТАЛЬНЫХ ПАКОВОК ДЛЯ ФИЛЬТРОВ

5.1 Рекомендации по совершенствованию привода мотального автомата. фильтрации.

Выводы к главе 5.

Фильтрование жидкостей в жизнедеятельности человека занимает важное место. Оно осуществляется на фильтрах различных типов. Фильтры используются повсеместно, например, в крупных системах хозяйственно-питьевого водоснабжения для очистки воды, в системах защиты окружающей среды от промстоков, в механизмах и машинах для очистки масел, широко применяются в быту с целью улучшения качества водопроводной воды, ухудшающегося в процессе транспортирования её по металлическим трубам. Сам процесс фильтрования призван обеспечивать жидкостям нормативные качества в различных условиях их использования.

Настоящая работа посвящена исследованию и проектированию фильтра с заданным размером пор для очистки суспензии от взвешенных частиц фракций заданной крупности.

Первый картриджный фильтропатрон появился на американском рынке. В середине 30-х годов он был с бессистемными извилистыми каналами. Но с тех пор он претерпел значительные улучшения по показателям удаления из жидкости взвешенных частиц. Однако анализ конструкций таких фильтров говорит о возможности улучшения этих показателей, если получить достаточно точные количественные зависимости между гидравлическими и геометрическими характеристиками поровых каналов различных форм, сделать поры упорядоченными. Слабым местом в знаниях о таких фильтрах является отсутствие надёжного метода проектирования размеров и профилей поровых каналов пористой перегородки фильтра для задержания частиц фракций заданной крупности. Поэтому справедливым следует считать, прежде всего, необходимость разработки такой модели, которая учитывала бы все технологические параметры присущие мотальным текстильным паковкам, предназначенным для жидкостной обработки.

Актуальность исследования заключается в разработке метода проектирования мотальной паковки замкнутой структуры намотки для фильтров.

Научная новизна работы заключается в том, что:

1. разработан метод проектирования мотальных паковок замкнутых намоток для фильтрации суспензий от взвешенных частиц фракций заданной крупности;

2. определено влияние профиля (щелевидности) пор на параметры строения и гидравлические свойства мотальных паковок;

3. установлена зависимость угла подъема винтовой линии на паковке от скорости переносного движения нитей;

4. получены математические модели,, определяющие взаимосвязь между технологическими параметрами изготовления мотальных паковок замкнутых намоток, параметрами строения мотальных паковок и их свойствами.

Практическая значимость работы заключается в том, что:

1. получены формулы для расчета эквивалентного диаметра транзитного канала поры и послойной длины нити на паковке замкнутой структуры намотки;

2. установлены оптимальные технологические параметры формирования мотальных паковок;

3. предложена программа для расчета геометрических и гидравлических параметров мотальных паковок замкнутых намоток для фильтров;

4. предложен патрон для формирования на его поверхности пористого волокнистого слоя намотки, позволяющий снизить сопротивление пористой перегородки потоку фильтруемой суспензии.

Автор защищает:

1. Методику проектирования мотальной паковки замкнутой намотки для фильтрации суспензий от взвешенных частиц фракций заданной крупности.

2. Результаты расчетов влияния профиля (щелевидности) пор на параметры строения и гидравлические свойства мотальных паковок.

3. Математические зависимости свойств и строения мотальных паковок замкнутых намоток от технологических параметров их изготовления.

4. Оптимальные технологические параметры изготовления мотальных паковок замкнутых намоток для фильтров.

5. Конструкцию реечного патрона с улучшенными гидравлическими характеристиками.

Общие выводы по диссертации

1. Литературный обзор по теме исследования подтвердил ее актуальность, связанную с разработкой методов проектирования мотальных паковок для очистки водных суспензий от взвешенных частиц фракций заданной крупности на основе изучения геометрических и гидравлических характеристик поровых каналов.

2. Установлена взаимосвязь между геометрическими и гидравлическими параметрами мотальных паковок и проведен расчет технических параметров строения мотальных паковок, определяющих их физико-механические свойства.

3. Разработан метод проектирования мотальной паковки замкнутой намотки, предназначенной для очистки суспензии от взвешенных частиц фракции заданной крупности.

4. Получено уравнение длины нити на паковке замкнутой структуры намотки, учитывающее приращение длины нити в каждом последующем слое намотки от угла подъема витков.

5. Спроектированы фильтропатроны с различной щелевидностью пор, предназначенные для очистки водной суспензии от взвешенных частиц размером 1,2 мм.

6. Получены математические модели строения и свойств мотальных паковок в зависимости от заправочного натяжения нитей, высоты баллона и шага витков намотки. нитей F3anp= 15+17 сН, высота баллона h = 40 см, величина шага винтовой линии намотки L = 60 мм.

8. Предложен способ снижения сопротивления пористой перегородки фильтра потоку фильтруемой суспензии и разработана конструкция реечного патрона.

Рекомендации к работе

1. Для проектирования мотальных паковок замкнутых намоток для очистки водных суспензий от взвешенных частиц фракций заданной крупности с использованием геометрических и гидравлических характеристик поровых каналов рекомендован к использованию разработанный метод.

2. Для прогнозирования условий изготовления мотальных паковок замкнутых намоток для фильтров, их строения и свойств необходимо использовать полученные в работе математические модели.

3. С целью обеспечения максимально большого коэффициента гидравлической проницаемости пористой перегородки мотальной паковки замкнутой намотки надо выбирать такое число замыканий и такое целое числа витков за один двойной проход нитеводителя при которых отношение большой диагонали Ьг к малой f2 на первом слое намотки стремилось к единице, то есть профиль поры стремился к квадрату.

4. С целью обеспечить оптимальную прочность и проницаемость фильтровальной перегородки мотальной паковки замкнутой намотки необходимо установить следующие заправочные параметры: заправочное натяжение нитей F3anp= 15+17 сН, высота баллона h = 40 см, величина шага винтовой линии намотки L = 60 мм.

5. С целью снизить сопротивление пористой перегородки потоку фильтруемой жидкости рекомендуется использовать предложенный в настоящей работе патрон реечный.

1. Андросов В.Ф., Александров С.А., Артым М.И., Кленов В.Б., Якимчук Р.П., Крашение пряжи в паковках: М.: Легкая индустрия, 1974.

2. Ефремов Е.Д., Ефремов Б.Д., Основы теории наматывания нити на паковку: М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982. 144с.

3. Николаев С.Д., Юхин С.С., Мартынова A.A., Власов H.A. Методы и средства исследования технологических процессов в ткачестве. М., 2003.-336с.

4. Браславский В.А. Капиллярные процессы в текстильных материалах. М., 1987.-111с.

5. Андросов В.Ф., Кленов В.Б. Текстильные фильтры. М.: «Легкая индустрия», 1977.

6. Бродский Г.С. Фильтры и системы фильтрации для мобильных машин. — М.: «Журнал «Горная Промышленность» (Издатель НПК «ГЕМОС» Лтд.»), 2004.-360с.

7. Сажин Б.С., Гудим Л.И., Реутский В.А. Гидромеханические и диффузионные процессы: Учебное пособие для вузов. М.: Легпромбытиздат, 1988.-200с.

8. Шанкин П.А, Гудим Л.И. Теория и расчет фильтрования суспензий: Учебное пособие. М.: Московский текстильный институт, 1976.

9. Ищенко Ю.А. Явления и технология дельта-фильтрования природных и сточных вод. Волгоград, гос. с.-х. акад. Волгоград, 1997. -216с.

10. Палочкин C.B., Рудовский П.Н., Нуриев М.Н. Методы и средства контроля основных параметров текстильных паковок: Монография. -М.: МГТУ им. А.Н.Косыгина, 2006. 240 с.

11. Сборник научных трудов аспирантов. Выпуск 9. М.: МГТУ им. А.Н.Косыгина, 2005. - 152 с.

12. Александров С.А., Кленов В.Б. Формирование ткацких паковок. М., Легкая индустрия, 1976. 120 с.

13. Николаев С.Д., Юхин С.С., Сумарукова Р.И., Власов H.A. Теория процессов, технология и оборудование ткацкого производства. — 2-е издание переработанное и дополненное М.: Легпромбытиздат, 1995. -256 с.

14. Николаев С.Д., Юхин С.С., Сумарукова Р.И., Власов H.A. Теория процессов, технология и оборудование подготовительных операций ткачества. — 2-е издание переработанное и дополненное М.: Легпромбытиздат, 1995. - 256 с.

15. Кукин Г.Н., Соловьев А.Н., Кобляков А.И. Текстильное материаловедение (волокна и нити): Учебник для вызов. 2-е издание переработанное и дополненное М.: Легпромбытиздат, 1989. - 352 с.

16. Макаров Б.А., Сурнина Н.Ф. Переработка химических волокон и нитей: Справочник. М.: Легпромбытиздат, 1989. - 744 с.

17. Власов H.A., Мартынова A.A., Николаев С.Д., Сурнина Н.Ф., Летуновская A.A. Проектирование ткацких фабрик: Учебное пособие для вузов. 2-е издание переработанное и дополненное — М.: Легкая и пищевая промышленность, 1983. — 304 с.

18. Оников Э.А. Технология, оборудование и рентабельность ткацкого производства. Практическое пособие-справочник. М.: Текстильная промышленность, 2003. — 320 с.

19. Басниев К.С., Дмитриев Н.М., Розенберг Г.Д. Нефтегазовая гидромеханика: Учебное пособие для вузов. М. - Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2005. - 544 с.

20. Адамсон А. У. Физическая химия поверхностей. М., «МИР», 1979. 568 с.

21. Гаврилко В.М., Алексеев B.C. Фильтры буровых скважин. М., «Недра», 1976. 344 с.2. Статьи

22. Елынин А.И, Вегера А.И. Выбор фильтровальных материалов для предочистки воды // Материалы, технология, инструменты. — 2000. — Т.5 № 2. - С.56-60.

23. Сумм Б. Д. Гистерезис смачивания. Соровской образовательный журнал, №7, 1999.

24. Ентов В. М. Теория фильтрации. Соровской образовательный журнал, №2, 1998.

25. Kuo-Lun Tung, Ching-Jung Chuang, Effect of pore morphology on fluid flow and particle deposition on a track-etched polycarbonate membrane. / Elsevier journal, Desalination 146 (2002), p.129-134

26. Herrmann H.J. et. al. Particles in fluids. / The European Physical Journal. Special Topics 143 (2007), p. 181-189.

27. Hans M. Wyss et. al. Mechanism for clogging of micro channels. / Physical review E 74 (2006).

28. Ascanio D. Araujo et. al. The distribution of local fluxes in porous media. / Universidad Federal do Ceare (2005).

29. Sahraoui M., Marshall H. Flow through three-dimensional arrangements of cylinders with alternative stream wise planar tilt. / Lawrence Livermore National Laboratory (1993).

30. Marshall H., Sahraoui M. An improved analytic solution for analysis of particle trajectories in fibrous, two-dimensional filters. / Lawrence Livermore National Laboratory (1993).

31. Гордеев B.A., Зайцев В.П., Панин И.Н. О замкнутых и сомкнутых крестовых намотках. / Известия вузов, технология текстильной промышленности. №2 - 1983. - с. 40.3. Диссертационные работы

32. Панин И.Н. Разработка и исследование структуры текстильных паковок специального назначения: Дисс. . док. техн. наук. М., 1996. - 501 стр.

33. Старун Н.В. Изучение послойной структуры паковок крестовой намотки методом имитационного моделирования: Дисс. . к.т.н. -Херсон, 2001.

34. Козлова Т.В. Разработка технологических параметров подготовки основных нитей для изготовления высокоплотных тканей на станках СТБ: Дисс. канд. тенх. наук. М., 1998. - 175 с.

35. Власова В.Н. Изыскания путей повышения качества партионных сновальных паковок: Автореферат дисс. . к.т.н. — Москва, 2006. — 15 с.

36. Шигапов И.Н. Разработка и исследование процесса формирования структуры пористых перегородок ТТФ: Дисс. . к.т.н. — Димитровград, 2005. 177 с.

37. Волков А.М. Метод расчета и проектирования режимов наматывания текстильных паковок крестовой намотки: Автореферат дисс. . к.т.н. -Кострома, 1985. 18 с.

38. Градыская С.Б. Разработка технологии формирования паковок синтетических нитей на современных перемоточных машинах: Дисс. . к.т.н. Кострома, 1991. - 210 с.

39. Гром A.A. Разработка технологических параметров процесса перематывания технических полиамидных нитей в паковки увеличенной массы: Автореферат дисс. . к.т.н. — Чернигов, 1986. -17 с.

40. Иванова C.JI. Разработка и исследование структуры намотки уточных паковок, используемых при выработке технических сукон: Дисс. . к.т.н. — Димитровград, 2005. 168 с.

41. ЗЛО. Юхин С.С. Прогнозирование и разработка технологии и изготовления высокоплотных тканей на бесчелночном ткацком станке: Дисс. . д.т.н. Москва, 1996.-471 с.

42. Комаров П.М. Исследование мотальных паковок на основе использования методов подобия и анализа размерностей: Автореферат дисс. . к.т.н. -М.: МГТУ им. Косыгина, 2001. 16 с.

43. Моисеев Г.К. Исследование крестовой намотки на цилиндрическую бобину на машинах непрерывного процесса получения вискозного волокна: Автореферат дисс. . к.т.н. JL, 1958. - 14 с.

44. Назарова М.В. Разработка технологических параметров формирования бобин сомкнутой намотки: Дисс. . к.т.н. М., 1994. -228 с.

45. Неелов В.И. Исследование процесса перематывания нити на мотальных автоматах и пути его усовершенствования: Автореферат дисс. . к.т.н. — Иваново., 1976. 29 с.

46. Шигапов И.И. Разработка и исследование процесса формирования структуры пористых перегородок ТТФ: Дисс. . к.т.н. — Димитровград: ДИТУиД, 2005. 177 с.

47. Панин А.И. Исследование и разработка структуры мотальных паковок, обеспечивающих оптимальный процесс сматывания: Дисс. . к.т.н.-М., 2004.-169 с.

48. Врублевский В.А. Исследование и нормализация скорости движения нитей в процессе снования: Автореферат дисс. . к.т.н. Кострома., 1981.- 16 с.4. Патенты

49. Чечетов В. А. Патрон для жидкостной и газовой обработки текстильных материалов в паковках: RU, авторское свидетельство, 2057221, кл. D 06 В 23/04, 1996.

50. Фабиа Ромагноли Патрон для формирования на нем бобины путем намотки пряжи, выполненной посредством инжекционного литья из пластмассы: RU, авторское свидетельство, 2113573, кл. D 06 В 23/04, В65 Н 75/24, 1998.

51. Чечетов В.А., Игнатович В.М. Патрон для жидкостной обработки текстильных нитевидных материалов в паковках: SU, авторское свидетельство, 1612012, кл. D 06 В 23/04, 1990.

52. Мауро Романьоли Патрон для фрикционной намотки пряжи пневмомеханического прядения под крашение: RU, авторское свидетельство, 2032001, кл. D 06 В 23/04 В65 Н 75/10, 1995.

53. Cazzani, Guiseppe Красильная паковка: WO 44973 А1, кл. 7D 06В 23/04, 2000.

54. Romagnoli, Tiziano Полужесткий проницаемый патрон для крашения нити: WO 58542 А1, кл. 7D 06В 23/04, 2000.

55. Kariya Kazunori Бобина: JP 3490004 В2 20000129565 А, кл. 7D 06В 23/04, В65 Н75/10, 2004.

56. Зайцев В.П., Панин И.Н. Способ формирования паковки нитевидного материала: SU, авторское свидетельство, 1454773 А1, кл. D 06 В 65 и 55/04, 1989.

57. J.H. Goldman Fluid filter and method of making same: U.S. Patent Document 3,065,856 11/1962.

58. C.A. Miller Integrally wound filter tube: U.S. Patent Document 3,356,226- 12/1967.

59. J.S. Green et al. Media for wound filter element: U.S. Patent Document 3,828,934-08/1974.

60. Adams E.A. Impregnation self-supporting honeycombed filter cartridge: U.S. Patent Document 3,398,837 03/1964.

61. Nemesi et al. Multilayer precision wound filter cartridge: U.S. Patent Document 4,660,779 28/1987.

62. Toon J.J. Tow wound filter cartridge: U.S. Patent Document 6,328,887 -11/2001.

63. Ogata et al. Filter cartridge: U.S. Patent Document 7,014,050 21/2006.

64. Swanson et al. Wound oil filter: U.S." Patent Document 5,679,251 -21/1997.

65. Omar et al. Wound polypropylene yarn filter cartridge and methodfor making same: U.S.:Patent Document 6,942,106 B1 13/2005.

66. Alfred H. Brundage Filter unit: U.S. Patent Document 2,141,903 -06/1935.5. Web ресурсы

67. Фильтры и фильтроматериалы51 .http://www.ultra-filter.ru Ультра фильтр группа компаний.