Очистка рiдин в електричному полi

Основою осадження частинок в електричному полi є взаємодiя заряд­жених тiл..

Рiзноманiтнi частинки є носiями елементарних зарядiв (заряд електрона q = 1,601^. 10^–19 (Кл).

Електрично заряджене тiло створює в оточуючому його просторi електричне поле. У електричному полi розподiлена енергiя, за раху­нок якої електричне поле одного заряду дiє на iнший заряд, що знаходиться в його межах. Сила F, iз якою поле дiє на заряджене тiло, залежить вiд заряду тiла q i напруженостi електричного поля E в тiй областi, де це тiло розташоване.

Кулон у 1785 роцi дав кiлькiсну оцiнку силам, які дiють мiж за­рядами.

Вiдношення сили F до заряду q характеризує напруженiсть поля в цiй точцi, В/м:

F

E = ---.

q

Згідно з викладеним вище, будь-яка частинка, яка має заряд i розташована в електричному полі, буде випробовувати дiю його сил. Пiд дiєю цих сил частинка буде перемiщуватися в напрямку результуючої сили. Си­ла буде тим бiльшою, чим бiльшим буде заряд частинки i напруженiсть елект­ричного поля.

Заряд частинкам може бути повiдомлений переважно одним iз наступ­них способiв або їхнiм поєднанням:

незарядженi частинки, які потрапляють у простiр мiж електродами, що знаходяться пiд напругою, поляризуються;

при взаємному тертi частинок i при їхньому тертi о середовище, в якому вони знаходяться, виникають трибоелектричнi заряди; знак утворених зарядiв залежить вiд природи стичних речовин i стану тертьових поверхонь;

частинки, якi володiють якусь провiднiсть, отримують заряд при контакті з електродами;

частинки, які потрапляють у простiр, в якому має мiсце коронний розряд, заряджаються iонами і одержують знак заряду iонiв.

Можливiсть спрямованого перемiщення частинок в електричному полi складає принципову сутнiсть процесу очистки дiелектричних рiдин вiд механiчних домiшок.

У вертикальному каналi, утвореному паралельними електродами i заповненому дiелектричною рiдиною (рис. 7.24), будуть дiяти такi сили: F₁ = mg - сила тяжiння; F₂ = qE - Кулонівська сила;

F ₃ = 6pmrv_x i F ₄ = 6pmrv_y -сили опору за Стоксом; F ₆ = 4pr³r_ж/3 - архімедова сила.

Пiд дiєю цих сил частка буде чинити складне прямування. Рiвнян­ня прямування по осям координат можна записати в наступному видi:

d ² y dy

m --- = qE - 6pm r ---;

d t² d t

d²x 4 dx

m --- = mg -- pr³ (r_ч- r_ж) - 6pm ---.

d t²3 d t

 

 

 

Рис. 7.24. Схема сил, які дiють на частинку в однорiдному електрич-ному полi

 

Розв'язавши цi рiвняння щодо x i y, можна одержати рiвняння руху частинки в мiжелектродному просторi й уявлення про конс­труктивнi параметри очищувача. Для практичного розрахунку i проек­тування очищувача необхiдно враховувати становище каналу в просто­рi, рух самої рiдини i характер руху частинок забруд­нень, час перебування частинок у мiжелектродному просторi, щоб усi частинки встигли осiсти на осаджувальний електрод i мiцно утримува­тися на ньому.

Для осадження частинок забруднень в електричному полi необхiднi такі умови:

очищувана рiдина повинна мати високий питомий опiр;

дiелект­рична проникнiсть матерiалу частинок забруднень повинна бути вищою, ніж дiелектрична проникнiсть очищуваного середо­вища.

У табл. 7.5 приведенi електричнi характеристики деяких наф-топро­дуктiв, а в табл. 7.6 - характеристики рiзноманiтних матерiалiв i мiнералiв, які можуть бути наявними в авiапаливі у виглядi ме­ханiчних домiшок.

Сьогодні iснує багато конструкцiй електричних очищувачiв, які вiдрiзняються за родом електричного поля, що застосовують у них, i за способом уловлювання частинок [9]. На рис. 7.25 показанi схеми елект­ричних очищувачiв, у яких застосовується однорiдне електричне поле. У схемах, зображених на рис. 7.25, а, б частинки забруднень утриму-ються на гладкiй поверхнi осаджувальних електродiв. Очищувачi, виконанi за цими схемами, не мають високої ефективності внаслiдок того, що в мiжелектродному просторi постiйно утворюються "ланцюжки" iз зат­риманих частинок забруднень.

Таблиця 7.5

Електричнi характеристики деяких видiв нафтопродуктiв

 

Матеріал	Діелектрична проникність, e	Питомий електричний опір, Ом/см
Бензол	2,2	1013 - 1014
Бензін	2,0	1012 - 1015
Гас	2,0-3,1	1012 - 1015
Трансформаторне масло	2,2	1012 - 1015
Кремніорганічні рідкі діелектрики (силоксанові)	2,6-2,9	108
Мінеральне масло	2,2	1012 – 1014

 

Таблица 7.6

Електричні характеристики деяких матеріалів

 

Матеріал	Діелектрична проникність, e
Алмаз	16,5
Антрацит	7,4-9,5
Апатит	5,8-8,0
Боксит	8,0-10,0
Бурий залізняк	10,0
Графіт
Кварц	4,2-5,0
Корунд	5,6-6,3
Польовий шпат	6,8

 

Цi "ланцюжки" зазвичай вишиковуються вздовж силових лiнiй електричного поля i перекривають мiжелектрод­ний простiр, постiйно знаходячись пiд дiєю гiдродинамiчного напо­ру. Цi "ланцюжки" перiодично будуть руйнуватися потоком очищуваної рiдини i виноситися з очищувача. Подiбнi очищувачi (рис. 7.25, а, б) не можуть мати велику гряземісткість.

 

Рис. 7.25. Схеми електроочищувачiв з однорiдним електричним полем: 1 - позитивний електрод; 2 - негативний елек-трод; 3 - по­ристий дiелектричний матерiал а, б - електроочищувачi з гладкими осаджувальними електродами; в - очищувач iз пористим покриттям осад­жувальних електродiв; г - увесь мiжелектродний простiр заповнений пористим наповнювачем.

 

Для пiдвищення ефективностi осаджуваль­нi поверхнi електродiв в подiбних конструкцiях покривають пористим дiелектричним матерiа­лом, наприклад паралоном (рис. 7.25, в) або заповнюють їм увесь мiжелектродний простiр (рис. 7.25, г).

Цей захiд значно пiдвищує ефективнiсть очистки рiдини i гряземісткість очищувачiв. Проте експлуатацiя очищувачiв iз пористим на­повнювачем мiжелектродного простору ускладнюється тим, що перiо­дично виникає необхiднiсть у замiнi пористих наповнювачiв, що, в свою чергу, призводить до збiльшення експлуатацiйних i трудовит­рат. Крiм того, в електричних очищувачах, виконаних за схемою, зоб­раженою на рис. 7.25, в, не виключена можливiсть утворення "ланцюж­кiв", а очищувачi, в яких є принципова схема (рис. 7.25, г), мають пiдвищений гiдравлiчний опiр.

З огляду на те, що ефективнiсть зарядки частинок у неоднорiдному електричному полi набагато вище, нiж в однорiд-ному полi, iснують конструкцiї очищувачiв, в яких реалiзуються сили неоднорiдного електричного поля (рис. 7.26) При цьому осадження частинок забруд­нень вiдбувається: на гладку поверхню осаджувальних електродiв (рис. 7.26, а); на поверхню фiльтруваль-ної сiтки (рис. 7.26, б); в окремi осаджувальнi камери (рис. 7.26, г); у пористе покриття осаджувальних електродiв (рис. 7.26, в).

Аналiз переваг i недолiкiв розглянутих схем електро-очищувачiв спричинив створення електроочищувача, схема якого показана на рис. 7.26, е. Ця схема має гладкi осаджувальнi електроди, покритi шаром електроiзоляцiї, осаджувальна поверхня яких розташована перпендикулярно потоку очищуваної рiдини. Схема забезпечує велику кiлькiсть комірок, розташованих мiж електродами, де вiдбувається накопичення осаджувальних частинок забруднень. Рух основного по­току очищуваної рiдини створює додатковi умови потрапляння частинок заб­руднень до комірок за рахунок виникаючих завихрень потоку. Неми­нуче утворення "ланцюжкiв" у мiжелектродному просторi вiдбуваєть­ся поза основним потоком рiдини i не буде сприяти винесенню частинок забруднень.

Рис. 7.26. Схеми електроочиувачiв iз неоднорiдним електрич­ним полем: 1 - сiтчастi електроди; 2, 11, 14 - електроди пластини; 3 - голко­вi електроди; 4 - стрижень; 5 - осаджувальнi електроди, засланi порис­тим дiелектриком; 6 - голка; 7 - диск; 8,9,13 - корпус; 10 - iзоляцiйний стакан; 12 - стакан iз пористого матерiалу; 15 - iзоляцiйнi прокладки

 

Електричний очищувач (рис. 7.27) складається з корпуса 7, пат­рубка входу 5 i виходу 11 рiдини i поплавкового гiдравлiчного кла­пана 10. Всерединi корпуса знаходиться пакет електродів 8 iз прорiзями. Електроди роздiленi мiж собою дiелектричними перегород­ками 6 так, що утворюються подовжнi канали з комірками-нагромаджувачами забруднень. До електродiв пiдводиться рiзниця потенцiалiв вiд джерела високої напруги.

Рис. 7.27. Конструкцiя електричного очищувача дiелектричних рiдин: 1 - кришка; 2 - стяжна шпилька; 3 - прокладки; 4 - патрубок зливу рiдини; 5 - патрубок входу; 6 - патрубок виходу; 7 - корпус; 8 - елект­роднi пластини; 9 - дiафрагма; 10 - гiдравлiчний поплавковий клапан; 11 – пат-рубок виходу очищеної рiдини

Електроочищувач працює наступним способом. Потiк забрудненої рiдини подається в очищувач через вхiдної патрубок 5.

Поверхня електродiв покрита шаром електроiзоляцiї. Це виключає перезаряд­ку осаджувальних частинок i пробі мiж електродами. Забруднення накопи­чуються в очищувачу в глухих вiдгалуженнях його каналiв у комріках-­нагромаджувачах i не знаходяться пiд впливом основного потоку рiдини, що вик­лючає можливiсть їхнього вимивання. Очищена рiдина виходить через патрубок 11.

Регенерацiя електроочищувача пiсля накопичення забруднень у комірках-нагромаджувачах i зниження ефективностi очистки вiдбувається без його розбирання. З цiєю метою осаджувальнi електроди розташо­вують в пакетi таким чином, щоб прорізи електродiв займали положення, близьке до вертикального, а подовжня вiсь корпусу очищувача розташовувалася пiд кутом a=15^о-30^о до горизонту. При цьому патру­бок зливу рiдини 4 повинен знаходитися в крайньому нижньому положенні, поплавковий клапан 10 - у крайньому верхньому.

Клапан оснащений пристроєм, який запобiгає можливостi електрожив­лення осаджувальних електродiв постiйним током високої напруги при наявностi в електроочищувачі повiтря або парiв рiдини. Клапан доз­воляє злити рiдину з внутрiшньої порожнини електроочищувача цiлком, без залишку. Регенерацiя очищувача здiйснюється в такий спосiб.

Прокачування рiдини через очищувач припиняють i перекривають крани, встановленi на патрубках входу i виходу рiдини з електроочищувача. Потiм на електроди очищувача подають перемiнну напругу з низкою частотою, пiд дiєю якої частинки забруднень вiдриваються вiд поверхнi осаджувальних електродiв i починають здійснювати коливальнi рухи мiж ними. Вiдкривають кран 4 зливу рiдини з внутрiшньої порожнини електроочищувача. Разом iз рiдиною зливається вся грязь, накопичена в очищувачі.

Порiвняно із звичними фiльтрами, електроочищувачi мають ряд переваг:

високу тонкість очистки при малому гiдравлiчному опорi;

велику гряземісткість;

можливiсть здійснювати повну регенерацiю електроочищувача (тобто вiдновлення робочих характеристик) без його демонтажу i розбирання;

невелику вартiсть та зручнiсть експлуатацiї.

Випробування електроочиувачiв пiдтвердили високу ефективнiсть i тонкість очистки реактивного палива, мастильних матерiалiв i рiдин гiдравлiчних систем. За один прохiд рiдини через очищувач затримуються до 98 % частинок, розмiр яких до 5 мкм, а для частинок, розмiром бiльше 5 мкм, коефiцiєнт вiдфiльтровування дорiвнює оди­ницi.

Вiдмiнною особливістю електроочищувачiв є невелика витрата електричної енергiї на одиницю об'єму очищеної рiдини. При робочiй напрузi 5 000 В електричний очищувач реактивного палива, розрахований на прокачування 100 л/хв, споживає порядку 100 мк, що в перерахунку на 1 м³ очищеного пального, витрата електроенергiї складає приб­лизно 1 ^. 10^-4 кВт ^. ч.

Таке низьке енергоспоживання електричними очищувачами пояснюється тим, що витрата енергiї в основному йде на перемiщення тiльки частинок забруднень. У вiдцентровому ж очищувачі розкручується уся маса очищуваної рiдини.

До недолiкiв електричних очищувачiв слід вiднести високу робочу напругу електричного току, що обумовлено особливою технологiєю їхньої експлуатацiї i високою квалiфiкацiєю обслуговуючого персоналу.

Методичнi рекомендацiї

Вивчаючи матерiал цього роздiлу, варто звернути увагу на такі факти, що:

довговiчнiсть роботи агрегатiв i надiйнiсть роботи паливної, масляної i гiдравлiчної систем авiацiйної технiки багато в чому залежить вiд наявностi забруднень у рiдинах, а безвiдмовнiсть ро­боти цих систем iстотно впливає на безпеку польотiв;

одержання чистих рiдин пов'язано з великими витратами матерiальних засобiв;

наука i практика показали доцiльнiсть застосування визначеної технологiї наземної фiльтрацiї авiацiйних ПММ, проте технiка i технологiя очистки рiдин може бути будь-якою, аби вона задовольняла економiчнiй доцiльностi i надiйностi роботи агрегатiв гiдросистем.

Особливо актуальною є проблема очистки палива, мастильних ма­терiалiв i робочих рiдин гiдравлiчних систем у космiчнiй, ра­кетнiй й авiацiйнiй технiцi, оскільки пов'язана з забезпеченням надiйностi роботи гiдравлiчної апаратури.

Контрольнi запитання

1. Дайте визначення хiммотологiчного поняття «чистота».

2. Дiючi норми забрудненостi й обводненостi авiаПММ.

3.Який вплив мають розмiри частинок i їхня концентрацiя на надiйнiсть i термiн служби агрегатiв ПММ?

4.Які основи теорiї фiльтрацiї?

5.Наведіть основнi характеристики фiльтрувальних матерiалiв.

6.Яка методика розрахунку фiльтрiв?

7. Як проходить процес очистки нафтопродуктiв вiд води фiльтру-ванням?

8. Наведіть рівняння фільтрації з повним закупорюванням пір.

9. Наведіть рівняння фільтрації з поступовим закупорюванням пір.
10. Наведіть рівняння фільтрації з утворенням осаду.
11. Наведіть рівняння фільтрації проміжного виду.
12. Охарактеризуйте перспективнi методи осушення ПММ.

13. Які основні джерела забруднень.

14. Які основні причини появи води в авіаПММ.
15. Охарактеризуйте сучасні методи очищення авіамасел від води
16. Як проходить процес очищення авіаПММ у полі сил тяжиння.
17. Як проходить процес очищення рідин у відцентровому полі.
18. Як проходить процес очищення рідин у магнітному полі.

19. Як проходить процес очищення рідин в електричному полі.