Delist.ru

Определение параметров процесса и мобильного комплекса ультразвуковой очистки грунтовых сред от нефтяных загрязнений (16.11.2009)

Автор: Гаглоев Дмитрий Аликович

в) излучатель стержневого вида с торцевой и боковой излучающими поверхностями.

Данные излучатели отличает широкий спектр технологических возможностей и устойчивый режим работы.

Амплитуда смешения излучателя, ? [мкм] – это абсолютная величина максимального механического смещения точки, выбранной на поверхности излучателя.

= 0,01мм, песок dср = 0,5мм, щебень dср = 2мм, щебень dср = 5мм, щебень dср = 10мм.

В качестве загрязнителя применяется отработанное синтетическое масло. Плотность (, 930 кг/м3. Кинематическая вязкость, 0,55 Ст , при t = 20 °С.

Экспериментальные исследования проводились на ультразвуковой колебательной системе, работающей на частоте 22 кГц. Конструкция и технология изготовления данной системы разработаны в МАДИ (ГТУ). Система состоит из четырех основных элементов: двигателя-магнитостриктора, волновода, излучателя и кожуха охлаждения. Конструкция системы предусматривает жидкостное охлаждение. Питание колебательной системы осуществлялось от генератора УЗГ5-1,6, с выходной мощностью 1,6 кВт. В качестве задающего генератора использовался звуковой генератор ГЗ-33. Частота регистрируется с помощью цифрового частотомера модели ЧЗ-33.

Данные, полученные в результате проведенных экспериментов, подвергались математической обработке, которая заключалась в выборе необходимого количества опытов, оценке ошибки определения исследуемой величины, а также в подборе эмпирических уравнений, которые описывают экспериментальные кривые.

В третьей главе изложены результаты экспериментальных исследований ультразвуковой очистки грунтовых сред от нефтяных загрязнений.

Проведенные предварительные экспериментальные исследования подтвердили гипотезу о возможности удаления нефтяных загрязнений с грунтовых материалов при наложении ультразвуковых колебаний.

С целью нахождения рациональной величины амплитуда смещения излучателя ( был проведен эксперимент, в котором оказывалось ультразвуковое воздействие на 5 одинаковых образцов загрязнений грунта. В ходе эксперимента амплитуды смещения излучателя ( варьировалась в следующих значениях: 5; 10; 20; 35; 45 мкм.

По результатам эксперимента была получена зависимость, аппроксимированная квадратичной функцией (рис. 1).

Рис. 1. Влияние амплитуды смещения на очищаемый объем грунта.

После чего был сделан вывод о том, что очистку грунтовых материалов от нефтезагрязнений рационально проводить при высокоамплитудном режиме работы колебательной системы (( = 40 мкм). В случае если условия проведения работ по очистке грунтовых материалов от нефтяных загрязнений не требуют высокой производительности процесса, то он может быть проведен при экономии энергетических затрат в низкоамплитудном режиме (( = 9 мкм).

В последующих экспериментах определялся излучатель, обеспечивающий максимальную производительность очистки. В эксперименте использовались три вида излучателей, оказывающих воздействие на пять видов грунтовых материалов. В ходе экспериментов определялся очищаемый объем грунтовых материалов в зависимости от времени обработки. Очищенный объем измерялся кинематографическим и гравиметрическим способами.

Рис. 2. Зависимость очищенного объема грунтовых материалов

от времени ультразвукового воздействия.

Рис. 2. Зависимость очищенного объема грунтовых материалов

от времени ультразвукового воздействия.

По результатам экспериментов было определено, что максимальная производительность процесса была достигнута при использовании стержневого излучателя с торцевой и боковой излучающими поверхностями. Заглубление излучателя в обрабатываемый материал является наиболее рациональным, поскольку данное расположение позволяет рабочей жидкости, являющейся средой для передачи ультразвуковых колебаний, беспрепятственно проникать в границу раздела сред излучатель – загрязненный грунт.

При этом было определено рациональное время воздействия ультразвука на материал в зависимости от размера фракций материала. Превышение рационального времени воздействия нецелесообразно вследствие того, что очищенный объем перестает увеличиваться, по причине затухания ультразвуковых колебаний в материале при удалении от излучателя.

На основе данного вывода была построена зависимость рационального времени воздействия одним излучателем от среднего размера фракций грунтового материала (рис. 3). А также зависимость производительности одного излучателя от среднего размера фракций грунта (рис. 4).

Рис. 3. Зависимость эффективного времени воздействия одним излучателем от среднего размера фракций очищаемого грунтового материала

Рис. 4. Зависимость производительности одного излучателя

от среднего размера фракций очищаемого грунтового материала.

В ходе проведенных экспериментов было выявлено, что на основные параметры процесса ультразвуковой очистки существенное влияние оказывают такие факторы, как влажность грунтового материала до загрязнения W [%] и степень загрязнения материала Z [%]. Поэтому в полученные экспериментальные зависимости необходимо ввести дополнительные поправочные коэффициенты влажности KW и загрязнения KZ:

Для определения влияния влажности грунтового материала до загрязнения и степени загрязнения грунтового материала на эффективное время и производительность процесса очистки одним излучателем было проведено моделирование различных влажностей W и степеней загрязнения Z для различных видов грунтовых материалов. В результате чего были определены значения коэффициентов влажности KW и загрязнения KZ:

W 0% 25% 50% 75% 100%

KW 1 0,7 0,48 0,36 0,3

Z 0% 25% 50% 75% 100%

KZ 0 0,46 0,77 0,95 1

Для осуществления процесса ультразвуковой очистки необходимо определенное количество рабочей жидкости Vрж [см3], с целью его определения был проведен эксперимент, в котором была определена зависимость (рис. 5) необходимого количества рабочей жидкости от среднего размера фракций грунтовых материалов. Зависимость аппроксимирована квадратичной функцией.

Для расчета количества рабочей жидкости Vрж [м3], необходимого для очистки грунтового материала объемом Vгр [м3] со средним размером фракций dср и степенью загрязнения Zi, необходимо внести в полученную функцию дополнительные множители. В результате преобразований получим:

Рис. 5. Зависимость количества рабочей жидкости, необходимого для очистки грунтовых материалов (V = 200 см3), от размера фракций грунта.

В четвертой главе проведен автоматизированный поиск рациональных технических решений мобильного комплекса очистки грунтов от нефтезагрязнений; представлена схема связи параметров мобильного комплекса и процесса очистки, на основе которой разработана методика расчета этих параметров.

Суть автоматизированного поиска состоит в том, что информацию о прототипах или известных технических решениях определенного назначения представляется в виде И-ИЛИ-дерева (многоуровневая иерархическая таблица). Вариацией конструктивных элементов и признаков можно получить как известные так и новые технические решения.

Для проведения автоматизированного поиска была сформулирована основная функция объекта - очистка грунтов от нефтезагрязнений. На втором этапе основная функция была расчленена на совокупность вспомогательных функций.

На третьем этапе был проведен выбор множества функциональных элементов, обеспечивающих выполнение каждой вспомогательной функции. Функциональные элементы характеризуют структуру конструируемого объекта и являются его основой.

После выполнения первых трех этапов была сформулирована структура И-ИЛИ-дерева технических решений (рис. 6):

Рис. 6. Структура И-ИЛИ-дерева технических решений. ОФ – основная функция; ВФ – вспомогательная функция;ФЭ – функциональный элемент.

Структура технических решений объекта выбирается путем параллельного анализа множества вариантов, которые подвергаются сравнительной оценке относительно дополнительных технических требований.

загрузка...