Дослідження і розробка устаткування для віброгідравлічної очистки деталей - Автореферат

За певних умов при протіканні пульсуючого потоку рідини через насадок з гострими крайками на вході відбувається виділення повітря, розчиненого в рідині, у вигляді газових пухирців - наступає гідродинамічна кавітація, на виході з насадка отримується газорідинна суміш. Промислове впровадження даного способу очистки стримується внаслідок відсутності простих методик розрахунку та проектування устаткування для віброгідравлічної очистки, які грунтуються на особливостях гідродинамічних процесів, що лежать в основі реалізації даного способу, недостатнім вивченням механізмів очистки пульсуючого газорідинного потоку, відсутністю рекомендацій по застосуванню пульсуючого газорідинного потоку, який отримується на даному устаткуванні. Метою роботи є обгрунтування і розробка методики розрахунку та проектування робочого органа устаткування для віброгідравлічної очистки деталей від забруднень з високоенергетичною дією очисного середовища на забруднення, простих по конструкції і надійних в роботі, на основі дослідження параметрів, що впливають на процес очистки. Розробити аналітичну модель робочого органа устаткування для віброгідравлічної очистки, яка відображає звязок між параметрами робочого органа та режимами процесу очистки. розроблений робочий стенд та електрохімічний датчик, які дозволили експериментально підтвердити збільшення дотичних напружень тертя пульсуючого газорідинного потоку на поверхні та обгрунтувати підвищення продуктивності процесу очистки в пульсуючому газорідинному потокові;В розділі 1 на основі проведеного огляду фахових літературних джерел приведено характеристику забруднень, що виникають на етапах виробництва, експлуатації та зберігання виробів, зроблено огляд технологічних рідин, які використовуються при очистці, проаналізовано методи очистки та конструкції установок (роботи М.Ф. При цьому на поверхню з боку потоку діють сили гідродинамічного тиску (сили тиску рідини), що створюють нормальний тиск на поверхню, та сили швидкісної дії потоку рідини, який розтікається по поверхні, ці сили створюють дотичні напруження тертя. Сила гідродинамічного тиску, що діє на поверхню, визначаються за формулою Д.Бернулі: , (1) де - питома вага рідини; - прискорення вільного падіння; - площина перерізу потоку; - швидкість потоку на виході з насадка; - кут нахилу площини перешкоди до лінії дії потоку. При складанні моделі було прийнято, що рідина рухається без розриву суцільності потоку, а газорідинна суміш замінена механічним пружним еквівалентом і демпфером з характеристиками і відповідно. Тоді отримаємо рівняння, що описує переміщення рідини під дією зовнішнього зусилля: , (4) де - площина перерізу насадка; - довжина пульсаційної камери; - площина перерізу пульсаційної камери; - кутова частота пульсацій; - максимальна амплітуда пульсацій; - гідравлічні характеристики насадка; - перепад тиску в пульсаційній камері.На основі аналізу науково - технічних і патентних джерел показана перспективність застосування пульсуючого газорідинного потоку для очистки поверхонь виробів від забруднень і робочого органа устаткування для віброгідравлічної очистки, в якому утворюється такий потік. Теоретично встановлено та експериментально підтверджено граничні гідродинамічні умови існування пульсуючого газорідинного потоку. Теоретично обгрунтовано, що прискорення процесу очистки виробів від забруднень в пульсуючому газорідинному потоці відбувається внаслідок дії дотичних напружень тертя пульсуючого газорідинного потоку на поверхню виробів. По аналітичній моделі виявлено звязок між режимами роботи вібраційного привода, конструктивними параметрами гідропульсатора та характеристиками пульсуючого газорідинного потоку (при діаметрові пульсаційної камери Dk=200 мм, діаметрові насадка dн=15 мм і амплітуді пульсацій А=1 мм; максимальні значення сили гідродинамічного тиску і швидкості руху потоку отримуються при частоті =12 Гц.). З метою виявлення звязку між параметрами робочого органа та значенням сили гідродинамічного тиску пульсуючого газорідинного потоку наведено результати експериментальних досліджень.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

1. На основі аналізу науково - технічних і патентних джерел показана перспективність застосування пульсуючого газорідинного потоку для очистки поверхонь виробів від забруднень і робочого органа устаткування для віброгідравлічної очистки, в якому утворюється такий потік.

Теоретично встановлено та експериментально підтверджено граничні гідродинамічні умови існування пульсуючого газорідинного потоку.

2. Теоретично обгрунтовано, що прискорення процесу очистки виробів від забруднень в пульсуючому газорідинному потоці відбувається внаслідок дії дотичних напружень тертя пульсуючого газорідинного потоку на поверхню виробів.

3. Розроблена реологічна модель гідропульсатора, отримана її передаточна функція. Встановлено, що амплітудно - частотна характеристика переміщення рідини в гідропульсаторі має нелінійний екстремальний характер. На основі результатів аналізу реологічної моделі розроблена аналітична модель робочого органа устаткуванні для віброгідравлічної очистки. По аналітичній моделі виявлено звязок між режимами роботи вібраційного привода, конструктивними параметрами гідропульсатора та характеристиками пульсуючого газорідинного потоку (при діаметрові пульсаційної камери Dk=200 мм, діаметрові насадка dн=15 мм і амплітуді пульсацій А=1 мм; максимальні значення сили гідродинамічного тиску і швидкості руху потоку отримуються при частоті =12 Гц.). При інших значеннях конструктивних параметрів аналітична модель визначає параметри вібраційного привода, які відповідають максимумам сили гідродинамічного тиску і швидкості руху потоку.

4. Спроектовано та виготовлено експериментальну установку для створення пульсуючого газорідинного потоку, яка має можливість варіювання розмірами пульсаційної камери та насадка, параметрами вібраційного привода.

З метою виявлення звязку між параметрами робочого органа та значенням сили гідродинамічного тиску пульсуючого газорідинного потоку наведено результати експериментальних досліджень. При різних інших параметрах максимальні значення сили гідродинамічного тиску отримувались при значеннях частоти пульсацій =12-17 Гц. Амплітуда пульсацій не повина перевищувати А< 3 мм. Для використання максимальних значень сили гідродинамічного тиску слід розташовувати вироби, що підлягають очистці, на відстані 20...50 мм від зрізу насадка.

Розроблено вимірювальний стенд та оригінальний датчик для вимірювань дотичних напружень тертя потоку на поверхні електрохімічним методом. Експериментально підтверджено теоретичні висновки про збільшення дотичних напружень тертя турбулентного пульсуючого газорідинного потоку на поверхні в 4...5 разів порівняно з турбулентним потоком без газових включень, що пояснює інтенсифікацію процесу очистки від забруднень в пульсуючому газорідинному потоці.

5. Проведені експериментальні дослідження енерговитрат на процес очистки показали, що установка на основі робочого органа устаткування для віброгідравлічної очистки споживає на виконання тієї ж самої роботи значно менше електроенергії порівняно з ультразвуковими та струменевими установками.

Експериментально визначена характеристика жорсткості мембранного вузла для різних типорозмірів пульсаційної камери робочого органа.

Отримане в результаті експериментальних досліджень значення кута одностороннього розширення пульсуючого газорідинного потоку ( ) свідчить про те, що пульсуючий газорідинний потік з віддаленням від зрізу насадка зберігає більшу частину своєї енергії вздовж осі при взаємодії з оточуючими шарами рідини, ніж вільний турбулентний затоплений потік.

6. Порівняння результатів експериментів, результатів, що отримані по багатофакторному експерименту з застосуванням ротатабельного плану другого порядку, з результатами розрахунків по аналітичній моделі показали їх збіжність. Отже, аналітичну модель можна використовувати при проектуванні устаткування для віброгідравлічної очистки.

7. Проведені дослідження очисної дії пульсуючого газорідинного потоку виявили, що ефективна очистка отворів спостерігається при співвідношенні довжини до діаметра отвору . Порівняльні дослідження продуктивності очистки плоских поверхонь різними способами показали, що очисна машина з робочим органом для віброгідравлічної очистки незначно поступається лише ультразвуковій установці, але має переваги при очистці порожнин (отворів, пазів). Досліди по очистці глухих різьбових отворів в пульсуючому газорідинному потоці показали, що за час 20-25 секунд відбувається повне видалення стружки та залишається незначна частка охолоджувальної рідини.

8. Запропонована методика розрахунку та проектування робочого органа устаткування для віброгідравлічної очистки, яка розроблена на основі аналітичної моделі і експериментальних досліджень, наведено приклад розрахунку параметрів очисної машини для деталі “корпус газового лічильника”, розроблено ескізний проект типової установки прохідного типу.

1. Силин Р.И., Гордеев А.И., Савицкий Ю. В. Аналитическое исследование параметров гидропульсационного устройства для мойки // Вибрации в технике и технологиях. - 1996. - №1(3). - С. 3-5.

2. Силин Р.И., Гордеев А.И., Савицкий Ю.В. Взаимодействие двухфазного турбулентного потока с вязким загрязнением // Проблеми трибології. - 1996. - №1. - С. 90-91.

3. Сілін Р.І., Гордєєв А.І., Савицький Ю.В. Датчик для вимірювання миттєвих тисків // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - 1997. - №2 . - С. 57-59.

4. Сілін Р.І., Гордєєв А.І., Савицький Ю.В., Урбанюк Є. А. Визначення характеристики деформаційної здатності мембрани пульсаційної камери устаткування для очистки // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах . - 1997 . - №2 . - С. 67-70.

5. Силин Р.И., Гордеев А.И., Савицкий Ю.В. Исследование влияния нормальных и касательных напряжений пульсирующего газожидкостного потока на процесс очистки загрязнений // Вибрации в технике и технологиях.- 1998 . - №1(5). - С. 54-57.

6. Сілін Р.І., Гордєєв А.І., Савицький Ю.В. Дослідження дотичних напружень тертя на поверхню пульсуючого газорідинного потоку очисної машини // Проблеми трибології. - 1998. - № 1. - С. 105-110.