Разработка и исследование метода получения щелевых фильтрующих структур тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.07, кандидат технических наук Слепцов, Аркадий Дмитриевич

• Слепцов, Аркадий Дмитриевич
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Слепцов, Аркадий Дмитриевич

Введение.

1. Современные типы щелевых фильтров и технологии их изготовления.

1.1. Щелевые фильтры, получаемые механической обработкой.

1.2. Щелевые фильтры, получаемые физико-техническими методами обработки.

1.3. Сборные щелевые фильтры.

1.4. Метод деформирующего резания.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и исследование метода получения щелевых фильтрующих структур»

В настоящее время проблема тонкой и средней очистки жидкостей актуальна для всех областей техники. Потребность в недорогих и надежных механических фильтрах испытывает машиностроение для очистки технологических жидкостей, пищевая, химическая, медицинская промышленность, станции водоочистки и водоподготовки, нефтегазовая отрасль. Самым уязвимым компонентом фильтрующих устройств являются фильтроэлементы тонкой и средней очистки. Необходимость остановки работы фильтра, а также высокая стоимость замены загрязненных фильтроэлементов обуславливают перспективность использования их регенерации (очистки) противотоком фильтруемой среды.

Перспективным типом фильтроэлементов для средней и тонкой очистки являются щелевые проницаемые трубы. Щелевая структура фильтрации обеспечивает низкое гидравлическое сопротивление и высокую эффективность очистки противотоком. Однако, современные технологии получения щелевых фильтроэлементов имеют ряд существенных ограничений как по минимальной ширине получаемых щелей, так по производительности и себестоимости изготовления.

На сегодняшний день наблюдается тенденция использования полимерных фильтроэлементов из таких материалов, как полиэтилен, полипропилен, фторопласт, ПЭТ. Это обусловлено их высокой коррозионной стойкостью, долговечностью и низкой стоимостью.

В МГТУ им. Н.Э. Баумана разработан новый метод механической обработки — деформирующее резание (ДР), основанный на подрезании припуска и целенаправленном пластическом деформировании подрезанного слоя. Образующаяся при обработке методом ДР стружка не отделяется полностью от заготовки и образует развитый макрорельеф, состоящий из ребер и щелевого зазора между ними.

Применение метода ДР при сквозном прорезании стенки полимерной трубной заготовки позволяет получать фильтрующие структуры с шириной щелей от 15 мкм и более.

Диссертационная работа посвящена разработке и исследованию процесса получения щелевых фильтрующих структур на полимерных материалах методом деформирующего резания.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация в машиностроении», Слепцов, Аркадий Дмитриевич

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Обоснована целесообразность и перспективность применения метода деформирующего резания для получения щелевых фильтрующих труб, в т.ч. регулируемых, из полимерных материалов с шириной сквозных щелей от 10 мкм до 500 мкм.

2. Установлено, что наиболее рациональными схемами получения щелевых фильтроэлементов методом ДР являются токарная обработка полимерных трубных заготовок с внутренними продольными пазами и обработка по токарно-фрезерной схеме в случае использования стандартных трубных заготовок кольцевого сечения. Для обоих вариантов предложены многоинструментальные схемы обработки.

3. Токарно-фрезерная схема получения фильтрующих труб обеспечивает возможность получения фильтрующих труб с винтовыми рядами сквозных щелей. Такие трубы имеют возможность значительно деформироваться в упругой области, что позволяет регулировать ширину щелевого зазора от нуля до единиц миллиметров за счет сжатия или растяжения фильтроэлемента.

4. Предложены аналитические зависимости, позволяющие управлять процессом ДР при получении щелевых фильтрующих труб с заданными геометрическими параметрами - шириной сквозных щелей, их шагом, расположением и наклоном к оси трубы.

5. Установленные особенности реализации метода ДР при сквозном прорезании стенки заготовки позволили учесть влияние кинематики процесса на точностные показатели получаемых фильтрующих структур.

6. Экспериментальными исследованиями установлены особенности обработки полимерных материалов, в т.ч. при сквозном прорезании стенки заготовки, методом ДР. Получены экспериментальные данные по коэффициенту утолщения ребра, углу пружинения, неравномерности толщины ребра по длине, которые необходимы для расчета ширины сквозных щелей и выборе технологических параметров.

7. Разработаны рекомендации по практическому использованию метода ДР для получения щелевых фильтрующих труб из полимерных материалов, в т.ч. по конструкции инструмента, режимам обработки, требованиям к оборудованию и заготовкам.

8. Проведенные экспериментальные исследования регулируемых щелевых фильтроэлементов на тонкость фильтрации и гидравлические характеристки доказали их работоспособность в качестве устройств для средней и грубой очистки.

9. Предложены рациональные области использования щелевых фильтрующих труб в качестве фильтроэлементов дренажно-распределительных устройств фильтрующих установок водоподготовки, для фильтрации пластовых вод и барботеров в системах водоподготовки и водоочистки.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Слепцов, Аркадий Дмитриевич, 2011 год

1. Башкатов Д.Н. Бурение скважин на воду. М.: Колос, 1976. 208 с.

2. Башта Т.М., Руднев С.С., Некрасов Б.Б. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы. М.: Машиностроение, 1982. 424 с.

3. Белов C.B., Ложкин В.А., Приходько И.Г. Регенерация фильтров тонкой очистки. М., 1983. 36 с.

4. Берестюк Г.И. Регенерация фильтров для разделения суспензий. М.: Химия, 1978. 96 с.

5. Бродский Г.С. Обоснование, выбор параметров и разработка систем фильтрации рабочих жидкостей для гидрофицированных горных машин: Дис. . докт. техн. наук. М., 2006. 370 с.

6. Бродский Г.С. Фильтры и системы фильтрации для мобильных машин. М.: Горная промышленность, 2003. 360 с

7. Вихрев В.Ф., Шкроб М.С. Водоподготовка. М.: Энергия, 1973. 416 с.

8. Водоподготовка. Процессы и аппараты / О.И. Мартынова и др.. М.: Атомиздат, 1977. 352 с.

9. Водоподготовка: Справочник. / С.Е. Беликов и др.. М.: Аква-Терм, 2007. 240 с.

10. Воронов Ю.В., Яковлев C.B. Водоотведение и очистка сточных вод: Учебник для вузов. М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2006. 704 с.

11. Гаврилко В.М., Алексеев B.C. Фильтры буровых скважин. М.: Недра, 1976. 345 с.

12. Гаврилко В.М. Фильтры водозаборных, водопонизительных и гидрогеологических скважин. М.: Госстройиздат, 1968. 397 с.

13. Гаврилко В.М., Алексеев B.C. Фильтры из стеклопластиковых труб //Водоснабжение и санитарная техника. 1966. № 11. С. 16-18.

14. Гиргидов А.Д. Техническая механика жидкости и газа: Учеб. для вузов. СПб.: СПбГТУ, 1999. 395 с.

15. ГОСТ 2715-75. Сетки металлические проволочные. Типы, основные параметры и размеры. М., 1977. 14 с.

16. ГОСТ 3187-76.Сетки проволочные тканые фильтровые. М., 1977. 7 с.

17. ГОСТ Р 50554-93. Промышленная чистота. Фильтры и фильтрующие элементы. Методы испытаний. М., 1994. 19 с.

18. ГОСТ Р 51109-97. Промышленная чистота. Термины и определения. М., 1997. 8 с.

19. Григорьев М.А. Очистка масла и топлива в автотракторных двигателях. М.: Машиностроение, 1970. 270 с.

20. Григорьев М.А. Очистка топлива в двигателях внутреннего сгорания. М.: Машиностроение, 1991. 208 с.

21. Гуревич С.М. Водоподготовка. М. JI.: Госэнергоиздат, 1961. 240 с.

22. Дзюбо В.В. Эффективность озонирования в процессе очистки подземных вод // Вестник ТГАСУ. 2004. №1. С. 107-115.

23. Еремеев, Б. Б. Регенерация механических фильтров в процессах очистки нефтезагрязненных сточных вод: Автореф. дис . канд. техн. наук. М., 2003. 16 с.

24. Жужиков В.А. Фильтрование. Теория и практика разделения суспензий. М.: Химия, 1980. 398 с.

25. Зубков H.H. Многофункциональная технология увеличения площади поверхности для повышения теплообменных и технологических свойств деталей // Полет. 2003. № 3. С.41-46.

26. Зубков H.H. Основы формообразования функциональных поверхностей методом деформирующего резания // Вестник машиностроения. 1994. №10. С. 13-20.

27. Зубков H.H., Слепцов А.Д. Особенности кинематики процесса деформирующего резания при получении щелевых фильтрующих труб

28. Студенческая весна 2008: Машиностроительные технологии: Тез. докл. Всерос. конф. М., 2008. С. 57-60.

29. Зубков H.H., Слепцов А.Д. Получение микросеток и проницаемых щелевых труб механической обработкой // Известия ВУЗов. Машиностроение. 2007. №3. С. 56-60.

30. Зубков H.H., Слепцов А.Д. Получение полимерных щелевых фильтрующих труб методом деформирующего резания // Вестник машиностроения. 2010. №12. С.51-53.

31. Зубков H.H. Разработка и исследование метода деформирующего резания как способа формообразования развитых макрорельефов: Дис. . докт. техн. наук. М., 2001. 478 с.

32. Зубков H.H. Совмещение процессов резания и обработки давлением в новом методе формообразования развитых поверхностных структур // Кузнечно-штамповое производство. Обработка материалов давлением. 2002. № 10. С. 17-20, 29-34.

33. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М.: Машиностроение, 1992. 672 с.

34. Кожинов В.Ф. Озон история и практика применения. М.: Стройиздат, 1968. 171 с.

35. Кожинов В.Ф. Кожинов И.В. Озонирование воды. М.: Стройиздат, 1974. 160 с.

36. Коллинз Р. Течения жидкостей через пористые материалы. М.: Мир, 1964. 350 с.

37. Коновалов В.М., Скрицкий В.Я., Рокшевский В.А. Очистка рабочих жидкостей в гидроприводах станков. М.: Машиностроение, 1976. 288 с.

38. Малевский Н.П. Математическая модель САПР режущей части инструментов с многогранными пластинами: Учебное пособие. М.: МВТУ,1986. 22 с.

39. Могорян Н.В. Электрические методы обработки материалов. Кишинев: Штиинца, 1982. 220 с.

40. Никитин Г.А., Чирков C.B. Влияние загрязненности жидкости на надежность работы гидросистем летательных аппаратов. М.: Транспорт, 1969. 183 с.

41. Николадзе Г.И. Улучшение качества подземных вод. М.: Стройиздат,1987. 240 с.

42. Охрана окружающей среды / C.B. Белов и др.. М.: Высшая школа, 1983. 264 с.

43. Очистка рабочей жидкости в гидроприводах металлообрабатывающего оборудования. Методические рекомендации. М.: НИИмаш, 1982. 55 с.

44. Покровский В.Н., Аракчеев Е.П. Очистка сточных вод тепловых электростанций. М.: Энергия, 1980. 256 с.

45. Пористые проницаемые материалы: Справочник / C.B. Белов и др.. М.: Металлургия, 1987. 335 с.

46. Разработка теоретических основ многофункциональной технологии деформирующего резания: Окончательный отчет о НИР / МГТУ. НИИКМ и ТП. Руководитель H.H. Зубков. ГР № 01040001900, Инв. № 0200500181. М., 2004. 196 с.

47. Роговой B.JI. Фильтры для водозаборных скважин // Материалы для водохозяйственного строительства: ЦБНТИ Гипроводхоз. Серия 6. 1968. №2. С. 3-17.

48. Рыбаков К.В., Дмитриев Ю.И., Поляков A.C. Авиационные фильтры для топлив, масел, гидравлических жидкостей и воздуха. М.: Машиностроение, 1982. 158 с.

49. Свешников В.К., Усов A.A. Станочные гидроприводы: Справочник. М.: Машиностроение, 1988. 512 с

50. Скважинный фильтр и способ его изготовления: Пат. 2102110 РФ / В.Н. Коноплев, Ю.В. Коноплева, A.A. Радченко. Заявл.09.04.96 //Изобретения. 1998. №2.

51. Скважинный фильтр: Пат. 66415 РФ / Э.Ф. Соловьев, С.Е. Варламов. Заявл.02.05.07 //Изобретения. Полезные модели. 2007. №25.

52. Скобеев И.К. Фильтрующие материалы. М.: Недра, 1978. 200 с.

53. Слепцов А.Д., Зубков H.H. Модернизированная оснастка для получения полимерных щелевых фильтрующих труб // Машиностроительные технологии: Тез. докл. Всерос. конф. М., 2008. С. 36-39.

54. Слепцов А.Д. Оснастка для получения полимерных фильтрующих труб // Студенческая научная весна 2007: Тез. докл. общеуниверситетской конф. М., 2007. Т.4. С.224-226.

55. Слепцов А.Д. Фильтрующие трубы на основе сквозного прорезания стенки трубы // Студенческая научная весна 2006: Тез. докл. общеуниверситетской конф. М., 2006. Т.З. С.38-39.

56. Смирнова К. А. Пористая керамика для фильтрации и аэрации. М.: Стройиздат, 1968. 170 с.

57. Соловьев Э.Ф., Варламов С.Е. Скважинный фильтр // Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса. 2008. №1. С. 19-21.

58. Соловьев Э.Ф., Варламов С.Е. Скважинные фильтры // Бурение и нефть. 2008. №2. С.50-52.

59. Справочник по очистке природных и сточных вод / JI.JI Пааль. и др.. М.: Высшая школа, 1994. 336 с.

60. Стельмах И. В. Автоматизация процесса очистки фильтров станочных гидроприводов на базе электрогидравлического импульсного устройства: Дис. . канд. техн. наук. Саратов, 2008. 200 с.

61. Тимиркеев Р.Г., Сапожников В.М. Промышленная чистота и тонкая фильтрация рабочих жидкостей летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1986. 152 с.

62. Требин Г.Ф. Фильтрация жидкостей и газов в пористых средах. М.: Гостоптехиздат, 1959. 160 с.

63. Удлер Э.И. Фильтрация углеводородных топлив. Томск: Изд-во Томского университета, 1981. 152 с.

64. Устройство для отделения твердых примесей из жидких сред: Пат. 2053010 РФ / С.Н. Канджа., В.И. Клибанов; А.П. Кузнецов. Заявл. 15.09.93 //Изобретения. 1996. №3.

65. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов: Учеб. для вузов. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1999. 592 с.

66. Фильтр: Пат. 2035202 РФ / Б.И. Колесников. Заявл. 10.09.90 //Изобретения. 1995. №14.

67. Фильтрующий элемент Крапухина: Пат. 2077923 РФ / В.Б. Крапухин. Заявл.29.12.92// Изобретения. 1999. №12.

68. Финкелыитейн 3.JI. Применение и очистка рабочих жидкостей для горных машин. М.: Недра, 1986. 232 с.

69. Фоминых A.M., Фоминых В.А. Современная технология подготовки питьевой воды: Учеб. пособие. Новосибирск, 1993. 97 с.

70. Фрог Б.Н., Левченко А.П. Водоподготовка: Учебное пособие для вузов. М.: МГУ, 1996 г. 680 с.

71. Фролов М.В. Расчет геометрических параметров резца с механическим креплением сменных многогранных пластин // Известия вузов. Машиностроение. 1989. №1. С. 122.

72. Холенберг М. Механические фильтры с фокусированной промывкой // Аква-Терм. 2008. № 3(43). С.24-25.

73. Худобин JI.B., Бердичевский Е.Г. Техника применения смазочно-охлаждающих сред в металлообработке. М.: Машиностроение, 1977. 189 с.

74. Шибряев Б.Ф., Павловская Е.И. Металлокерамические фильтрующие элементы. Справочник. М.: Машиностроение, 1972. 117 с.

75. Штучный Б.П. Механическая обработка пластмасс: Справочник. М.: Машиностроение, 1987. 152 с.

76. Щелевой фильтровальный патрон: Пат. 2140316 РФ / В.В. Петруненко, А .Я. Родовиков. Заявл.ОЗ.12.97 //Изобретения. 1999. №30.

77. Энциклопедия полимеров / В. А. Каргин и др.. М.: Советская энциклопедия, 1977. Т.З. 1152 с.

78. Юткин JT.A. Электрогидравлический эффект и его применение. JL: Машиностроение, 1986. 253 с.

79. Cheremisinoff N.P. Liquid filtration. Woburn (USA): ButterworthHeinemann, 1998. 318 p.

80. Crane K.C.A., Morris S.R. Laser-Drilled Stainless Steel Filter Screens1.serscreens"): Application Regimes // Advances in Filtration & Separation Technology. Northport (USA): American Filtration & Separation Society. 1999. V.13b. P. 876 -884.

81. Lauria J. Counting every drop // Water & wastes digest. 2009. №11. P.22-23.

82. Lauria J. New trends on tap for the urban water industry // Water online the magazine, wastewater edition, 2010. №8. P.29-31.

83. Meltzer Т.Н., Jornitz M.W. Filtration and purification in the biopharmaceutical industry. London (UK): Informa Healthcare, 2008. 590 p.

84. Pat. 2004141785 JP, Int. CI. B01D 29/11. Filtration device / M. Takatsuka (JP); Amiad Japan KK. (JP). № 310706; 2004.

85. Pat. 2006043014 USA, Int. CI. B01D29/68. Self-cleaning mechanical filter / M. Takatsuka (JP); Amiad Japan Inc. (JP). № 10/930859; 2006.

86. Pat 2008047885 USA, Int. CI. B01D29/23. Filter cleaning head / R. Shiekelmacher (IL); Amiad Filtration Systems (IL). №11/68033; 2008.

87. Pat. 2009008085 USA, Int. CI. E21B 43/08. Manufacturing of sand screens / K. Roaldsnes (NO); Schlumberger Technology Co. (USA). № 12106849; 2009.

88. Pat. 2083183 USA, Int. CI. B01D 29/11. Filtering apparatus / R.P. Adams (USA).-№91293; 1937.

89. Pat. 2101537 USA, Int. CI. E21B 43/08. Well screen / E.D. Every (USA). № 131194; 1937.

90. Pat. 2170732 GB, Int. CI. B01D 29/48. A filter process and its device / K. Arai. (JP); Arai Machinery Co. (JP). № 8503072; 1986.

91. Pat. 2429417 USA, Int. CI. B01D 35/12. Automatic self-cleaning water strainer / F.R. Magill № 572991; 1947.

92. Pat. 4167972 USA, Int. CI. B01D 29/15. Well screen mounting arrangement/J. Sears (USA); UOP Inc. (USA). № 863813; 1979.

93. Pat. 5152892 USA, Int. CI. B01D 29/48. Spiral filter element / J. Chambers (UK); Cross Manufacturing Company (UK). № 689757; 1990.

94. Pat. 5207930 USA, Int. CI. B0ID 29/62. Filtration system with helical filter cartridge /K. Raghavachari (USA); Crane Co. (USA). № 738152; 1993.

95. Pat. 598139 GB, Int. CI. B0ID 25/00. Improvements in or relating to filters particularly for filtering polluted liquids or fluids / H. Akeroyd (UK). № 22436; 1948.

96. Pat. 77772 USA, Int. CI. E21B 43/08. Improving in tube-wells / S.E. Skilling (USA); 1868.

97. Sutherland K. Filters and filtration handbook. Oxford: Elsever Science Ltd, 2008. 520 p.

98. Svarovsky L. Solid-liquid separation. 4th ed. Woburn (USA): Butterworth-Heinemami, 2000. 554 p.

99. Wakeman R.J., Tarleton E.S. Filtration. Equipment Selection Modeling and Process Simulation. Oxford (UK): Elsever Science Ltd, 1999. 446 p.

100. Warring R. H. Filters and filtration. Morden (UK): Trade and Technical Press Ltd, 1969. 228 p.

101. Water quality and treatment: A handbook of community water supplies / L.D. Letterman and others.. New York (USA): McGraw-Hill, Inc., 1999. 1280 p.