ттатт (ЛГ10ттт1а тч ттту*ттттт*т таш «^г1лг>тгат1лтт"тха тто iii'"i""i'tiiit-'ri'tii I.'i j.jL. i DjLxwinxwi lv|уivn^iiyj vnv i Ъип па i hjj i уциллипшъ разрывные характеристики нетканых фильтрующих материалов при растяжении.
5.2.2 Исследование влияния термовоздействия на жесткость нетканых фильтрующих материалов при изгибе.
5.2.3 Исследование влияния термовоздействия на усадку нетканых фильтрующих материалов. 115 5.3 Исследование влияния термовоздействия на фильтрационные характеристики нетканых фильтрующих материалов.
5.3.1 Исследование влияния термовоздействия на воздухопроницаемость нетканых фильтрующих материалов.
5.3.2 Исследование влияния термовоздействия на эффективность очистки нетканых фильтрующих материалов. тз ттплптт I ч ч udiduadi.
ГЛАВА 6. КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ НЕТКАНЫХ ФИЛЬТРУЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ОЧИСТКИ ГОРЯЧИХ ГАЗОВ И ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ ОТ ВНЕДРЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ.
6.1 Комплексная оценка эксплуатационных свойств исследованных фильтрующих материалов.
6.2 Разработка конструкции и изготовление рукавного фильтра.
6.3 Результаты внедрения и технико-экономический эффект. 145 ОБЩИЕ
ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ, 146
Список литературы, ' 151
ПРИЛОЖЕНИЯ.
Нетканые фильтрующие материалы (НФМ) широко применяются в различных областях техники, химической промышленности, металлургии, машиностроении, строительстве. Одним из основных назначений НФМ является фильтрование жидких и газообразных сред. Фильтрующие материалы, поступающие на российский рынок, достаточно разнообразны по своему ассортименту. Однако, основная масса применяемых у нас фильтровзарубежного производства, использование которых требует высоких материальных затрат. Кроме этого, на российский рынок часто поступают некачественные товары, приносящие убытки при эксплуатации техники и наносящие экологический ущерб. Поэтому расширение отечественного производства фильтрующих материалов является для российского производителя и потребителя важной задачей, причем проблема качества фильтрующих материалов стоит на первом месте.
К НФМ применяемым для фильтрации часто предъявляются повышенные требования, при этом они должны обеспечивать: высокую задерживающую способность, низкое гидравлическое сопротивление, высокую пылеемкость и способность к регенерации, длительный срок службы, обусловленный механической прочностью и устойчивостью при работе в агрессивных средах, удобство и быстроту замены, невысокую стоимость.
Большую сложность представляет выбор материалов, отвечающих всем этим требованиям, поэтому в конкретных условиях фильтрации может приобрести особое значение удовлетворение одного или двух из перечисленных требований, которые становятся определяющими при выборе наиболее подходящего фильтрующего материала.
Значительное расширение области применения фильтров связано с организацией выпуска новых фильтрующих материалов, способных выдерживать длительное и кратковременное воздействие повышенных таи frra-rt rvnrt гл о TOT/'wa л^тто ттотт пт тллтллтт г"гггтгг/*ллтт тл тг тл лп ттлттлтл тттг" x^lvlllv^ctl у у, а xuxwivv^ uvjxct/j, ctxd ddlvv/jvun v x uilauv x оiv/ xv оиодсп^ x d xxxv.
Под влиянием высоких температур происходят изменения структуры и сазмегюв матесиала. что гоиводиг к соксашению стюка его эксплуатации и xx x ' x x x «/ ' выходу из стоя дорогостоящего технологического оборудования. Поэтому изучение влияния режимов термовоздействия на свойства фильтрующих материалов представляет практический интерес.
Достаточно большое количество работ посвящено исследованиям структурных, физико-механических и фильтрационных свойств материалов. Это позволило ввести нормирующие показатели качества и методики их определения. Однако с расширением области применения и ассортимента ЯФм. часто существующие методики являются недостаточными и требуют уточнения и доработки. Так, например, атлтттгтт ттттл* rrri Tf frQTr>n п/чтг"лр лллглпттаттггп I{ /" f^ A i [ ft г I т I nil': г I II / л I 11 i i у и л Ъ по1 ivi /1 u ji/iC j uf 11 р vjLv>>/vjjclnvinjr±>i vuv/fil i b iifivi длл 1 vjidnfivi n кратковременном воздействии повышенных температур
Актуальность работы заключается в разработке методик оценки характеристик НФМ, работающих в условиях высоких температур, позволяющих более полно прогнозировать их эксплуатационные свойства и осуществлять подбор материалов с учетом предъявляемых к ним требований.
Данная работа проведена в Московском государственном университете сервиса.
Целью работы является разработка методик по определению структурных, физико-механических и фильтрационных свойств НФМ, а также по оттенке влияния параметров процесса термовоздействия на свойства фильтрующих материалов, необходимых для прогнозирования их работы в ci-i cuJ^iv.'nnm/v у vjnfr>jriyi/v. ттяхти пя^лптч таpvnna и') ттогтяи ttputifym ттрчтгл d пя^лтр пргття ггтлрт, jlxx i 1 v. l v, i,'' 111 1 и/v i hii. ivi 11 li’l 1 1v.lll 1 r j/v 411 i 1vi1 следующие задачи:
— совершенствование существующих методик определения структурных характеристик НФМ для более полного учета требований реальных условий эксплуатации;
— разработка методик определения фильтрационных характеристик НФМ;
— определение закона распределения частиц пыли по размерам в процессе фильтрации;
— разработка методики определения термостойкости НФМ;
— установление взаимосвязи процесса термовоздействия с фильтрационными свойствами НФМ;
— с использованием разработанных методик выполнить подбор фильтрующих материалов, обеспечивающих предъявляемые заказчиком требования в эксплуатации.
Методика проведения работы. В работе использованы стандартные методики испытаний и предложены новые методы для определения свойств нетканых полотен. При испытаниях применялся метод математического планирования эксперимента, результаты испытаний обрабатывались с применением методов математической статистики по разработанным программам с использованием ЭВМ.
Научная новизна работы заключается в следующем:
— разработаны методики определения структурных характеристик НФМ: толщины НФМ в свободном состоянии и эффективной пористости НФМразработана методика определения начальной фракционной эффективности очистки на полидисперсном стандартизованном загрязнителе;
— разработан метод пересчета массовой эффективности очистки в счетнуюразработана методика определения термостойкости НФМ;
— установлены эмпирические зависимости физико-механических свойств НФМ от температурно-временного воздействия;
— установлена эмпирическая зависимость усадки НФМ от температурно-временного воздействия;
— установлена эмпирическая зависимость воздухопроницаемости НФМ от тепловой усадки;
— установлена эмпирическая зависимость фильтрационных свойств НФМ от температурно-временного воздействия;
Практическая ценность работы:
— разработана программа вычисления эффективной пористости НФМ, позволяющая существенно сократить трудоемкость и повысить точность определения данного параметра;
— разработана программа вычисления толщины нетканых иглопробивных материалов в свободном состоянии, позволяющая оценивать толщину нетканых материалов в свободном состоянии;
— разработана программа вычисления начальной фракционной эффективности очистки НФМ, позволяющая исключить погрешности, возникающие при определении размеров частиц мелкодисперсной пыли,.
— разработан способ пересчета массовой эффективности очистки в счетную, позволяющий снизить трудоемкость и повысить точность определения последней;
— разработана программа вычисления термостойкости НФМ, позволяющая производить подбор материалов с учетом предъявляемых заказчиком требований;
— разработанные методики внедрены в научно-исследовательских институтах: ОАО «НИИНМ», ФГУП «НАТИ» и МГУС;
— для работы в условиях повышенных температур и агрессивных сред, с использованием разработанных методик, на ОАО «МСЗ» внедрен наиболее оптимальный материал.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на:
— Международной научно-технической конференции «Наука — сервису», ГАСБУ, 1999 г.
— Всероссийской научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности», МГТУ им А. Н. Косыгина, 2000 г.
— Международной научно-технической конференции. «Наука сервису.», МГУ сервиса, 2000 г.
— Юбилейной научно-технической конференции Санкт-Петербургского государственного университета технологий и дизайна, СПГУТД, 2000 г.
— Международной научно-технической конференции «Наука — сервису.», МГУ сервиса, 2001 г.
— Международной научно-технической конференции «Молодые ученые — развитию текстильной и легкой промышленности» (ПОИСК — 2001) Иваново, ИГТА, 2001 г.
— Международной научно-технической конференции «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» («Прогресс 2001») Иваново, ИГТА, 2001 г.
— Всероссийской научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» («ТЕКСТИЛЬ-2002»), МГТУ им. А. Н. Косыгина, 2002 г.
— Международной научно-технической конференции «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» («Прогресс 2002») Иваново, ИГТА, 2002 г.
— Международной научно-технической конференции «Текстиль, одежда, обувь: дизайн и производство». Витебск, ВГТУ, 2002 г.
— Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы переработки льна в современных условиях» («ЛЕН-2002»), Кострома, КГТУ, 2002 г.
— Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы создания pi использования новых материалов и оценки их качества» («МАТЕРИЛЛОВЕДЕНИЕ-2002»), МГУ сервиса, 2002 г. Публикации. Основное содержание результатов исследований изложено в следующих публикациях;
1. Тюменев Ю. Я., Воронцова Н. В., Мухамеджанов Г. К. Исследование термостойкости иглопробивных полотен для фильтрации горячих газов. Материалы юбилейной научн.-техн. конф.Ч.З. СПб, СПГУТД, 2000, с. 62−63.
2. Тюменев Ю. Я., Воронцова Н. В., Сафьянов В. В., Мухамеджанов Г. К. Анализ нетканых фильтрующих материалов по фракционным коэффициентам пропуска пыли. Ж. Теоретические и прикладные проблемы сервиса 2001, № 1, с. 106−107.
3. Воронцова Н. В., Тюменев Ю. Я., Мухамеджанов Г. К. Влияние температурно-временных воздействий на свойства нетканых фильтрующих материалов. Исследование изменения линейных размеров и показателей физико-механических свойств в процессе термовоздействия. Ж. Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2001, № 6 с 17−18.
4. Воронцова Н. В., Тюменев Ю. Я., Мухамеджанов Г. К. Исследование фильтрационных свойств нетканых фильтрующих материалов после термообработки. Ж. Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2002, № 1 с 16−17.
5. Воронцова Н. В., Тюменев Ю. Я., Сафьянов В. В., Мухамеджанов Г. 1С. Оценка структурных свойств нетканых материалов для очистки горячих газов. Материалы межд. научн.-техн. конф. «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» («Прогресс 2002») Иваново, ИГТА, 2002 с. 243=245.
6. Воронцова Н. В., Тюменев Ю. Я., Сафьянов В. В., Мухамеджанов Г. К. Исследования деформационных свойств и определение действительной толщины нетканых фильтрующих материалов. Материалы II межд. научи. =практ. конф. «Актуальные проблемы создания и использования новых материалов и оценки их качесвта» («МАТЕРИАЛ ОВЕДЕНИЕ-2002»), М, МГУ сервиса, 2002, с 174−177.
7. Тюменев Ю. Я., Воронцова И. В., Сафьянов В. В., Мухамеджанов Г. К. Оценка и выбор материалов для очистки промышленных газов на предприятиях бытового обслуживания. Материалы II межд. научн.-практ. конф. «Актуальные проблемы создания и использования новых материалов и оценки их качесвта» («МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ-2002»), М, МГУ сервиса, 2002, с 61−63.
8. Воронцова Н. В., Тюменев Ю. Я., Сафьянов В. В., Мухамеджанов Г. К. Методика определения эффективной пористости текстильных фильтров. Материалы II межд. научн.-практ. конф. «Актуальные проблемы создания и использования новых материалов и оценки их качесвта» («МАТЕРИЛЛОВЕДЕНИЕ-2002»), М, МГУ сервиса, 2002, с 123−125.
9. Тюменев Ю. Я., Воронцова Н. В., Сафьянов В. В., Мухамеджанов Г. К. Комплексная оценка и выбор материалов для очистки горячих газов в агрессивных средах. Ж. Технический текстиль. 2002, № 3, с 24−27.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Объем диссертации 234 страницы, из них 29 рисунков и 51 таблица.
включает 142 наименования. Приложения представлены на 69 страницах.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ.
1. На основании проведенного аналитического обзора существующих методик исследования эксплуатационных свойств нетканых фильтрующих материалов было выявлено, что в настоящее время методики определения некоторых показателей качества нетканых фильтрующих материалов недостаточны и требуют доработки. Не в полной мере изучено влияние температурно-временного воздействия на эксплуатационную прочность и структурные характеристики рукавных фильтров. Требуют уточнения и доработки методики определения эффективной пористости и действительной толщины нетканых фильтрующих материалов. Отсутствует обобщенная методика, позволяющая комплексно оценивать термостойкость фильтрующих материалов и прогнозировать их свойства. Для более точного прогнозирования поведения нетканых материалов при фильтрации и определения параметров, адекватно характеризующих этот процесс, требуются дополнительные методы по оценке структурных свойств фильтрующих полотен.
2. При оценке структурных свойств НФМ установлено следующее:
— стандартная методика определения пористости НФМ требует знания качественного и количественного состава полотна и не учитывает специфических свойств нетканых фильтрующих материалов;
— при определении толщины по методике ГОСТ 12 023 не учитываются физико-механические и структурные свойства полотна.
3. В результате проведенных исследований пористости НФМ производства ОАО «НИМНМ» разработаны:
— методика определения и программа вычисления эффективной пористости материала по выталкивающей силе;
— стендовая установка, позволяющая измерять эффективную пористость НФМ по выталкивающей силе;
Разработанная методика определения эффективной пористости материала по выталкивающей силе отличается простотой и позволяет определять пористость фильтрующих полотен без учета пористости волокон.
4. В результате проведенных исследований зависимости толщины НФМ от давления разработаны:
— методика определения и программа вычисления толщины НФМ в свободном состоянии;
— стендовая установка, позволяющая измерять толщину нетканого материала в зависимости от давления.
Разработанная методика позволяет определять толщину НФМ в свободном состоянии, в отличие от методики ГОСТ 12 023, и является универсальной для всех нетканых материалов, т.к. позволяет прогнозировать свойства материалов и изделий при заданной величине нагрузки на полотно.
5. Разработана программа вычисления эффективной пористости НФМ в свободном состоянии.
6. При исследовании НФМ по фильтрационным показателям установлено, что для более полной оценки фильтрационной способности фильтрующего материала необходимо определение фракционной эффективности очистки материала на стандартном полидисперсном загрязнителе.
7. При определении фильтрационных характеристик НФМ было выявлено, что процесс фильтрации не меняет закона распределения частиц пыли по размерам, изменяя лишь параметры распределения. Распределение частиц по размерам при фильтрации подчиняется логарифмическинормальному закону распределения.
8. Разработаны методика определения и программа вычисления фракционной эффективности очистки.
9. Разработан метод пересчета средней массовой эффективности очистки в среднюю счетную эффективность очистки при известном законе распределения частиц по размерам поступившей и прошедшей через фильтр пыли. Данный метод позволяет уменьшить погрешность вычислений при большой запыленности воздуха, во время проведения стендовых испытаний НФМ на стандартной пыли. Кроме того, описанный метод позволяет сравнивать результаты различных исследований, в которых эффективность очистки определялась весовым или счетным способами.
10.Для оценки температурно-временного воздействия на физико-механические и фильтрационные свойства НФМ на первом этапе был проведен предварительный отсеивающий эксперимент. По результатам отсеивающего эксперимента для дальнейших исследований были выбраны наиболее термостойкие материалы марок: «Фимас», «Акрофил Т», «Смог», «Рунит».
11. В результате исследований влияния температурно-временного воздействия на полуцикловые разрывные характеристики НФМ при растяжении по плану РКЦЭ были получены регрессионные уравнения, описывающие зависимость разрывной нагрузки и разрывного удлинения исследуемых материалов от воздействия температуры и времени.
12.При анализе уравнений регрессии и интерполяционных кривых зависимости разрывной нагрузки, разрывного удлинения и жесткости исследуемых материалов от кратковременного воздействия температуры было установлено, что разрывная нагрузка и разрывное удлинение в температурном диапазоне 168−210°С имеют тенденцию к увеличению, а жесткость к снижению. Дальнейшее повышение температуры приводит к снижению разрывной нагрузки и разрывного удлинения и к увеличению жесткости НФМ.
13.При анализе уравнений регрессии и интерполяционных кривых зависимости разрывной нагрузки и разрывного удлинения исследуемых материалов от длительного воздействия температуры было выявлено, что падение прочности НФМ и разрывного удлинения на 50% происходит при температуре 223−227°. Разрывное удлинение уменьшается в два раза по длине и по ширине при длительном воздействии температуры 226 °C.
14.При длительном термовоздействии увеличение жесткости на 50% происходит при температуре 208−212°С.
15.При анализе уравнений регрессии и интерполяционных кривых зависимости тепловой усадки исследуемых материалов от температурно-временного воздействия было выявлено, что усадка материала на всем температурно-временном промежутке положительная. Наиболее заметна усадка в начальный момент времени, стабилизация размеров полотна наступает после 3−4 часов.
16. При исследовании характера температурно-временного воздействия на фильтрационные свойства НФМ по плану РКЦЭ были получены регрессионные уравнения, описывающие зависимость воздухопроницаемости и эффективности очистки исследуемых материалов от воздействия температуры и времени.
17.Так как при тепловом воздействии основной причиной изменения воздухопроницаемости является уплотнение структуры материала, в работе определена зависимость воздухопроницаемости НФМ от тепловой усадки в виде уравнений регрессии второй степени.
18.При анализе уравнений регрессии и интерполяционных кривых зависимости эффективности очистки исследуемых материалов от длительного и кратковременного воздействия температуры было установлено, что изменения эффективности очистки практически не происходит. Максимальное относительное изменение не превышает 2%.
19.В результате исследований структурных, фильтрационных и физико-механических свойств нетканых фильтрующих материалов, работающих в условиях повышенных температур, были получены данные, позволяющие оценить степень соответствия исследуемых материалов требованиям заказчика.
20. Сравнительную оценку эксплуатационных свойств исследованных НФМ проводили по непрерывным рангам, на основании которой был определен наиболее оптимальный материал марки «Фимас».
21. Из НФМ марки «Фимас» были разработаны и изготовлены рукавные фильтры, которые успешно внедрены на ОАО «МСЗ» для установки получения пресспорошка твердого сплава.
22.По данным ОАО «МСЗ» предполагаемый экономический эффект от внедрения рукавных фильтров на предприятии составит 515 000 руб. в год.