книги из ГПНТБ / Рыбаков, К. В. Фильтрация авиационных топлив

Из таблиц следует, что фильтрация топлива через хлопчатобу­ мажную ткань происходит, как и через другие фильтрационные ма­ териалы (см. табл. 60), в начальный момент с постепенным закупо­ риванием пор, а затем переходит к фильтрации с образованием осадка. Наибольшую точность при расчетах процесса фильтрации в этом случае (переход от одной закономерности к другой) дает метод раздельного графического корригирования (1—3,2%)-

Таким образом, если одна из зависимостей и = f ( q ) ; — =

112

всем т или g, т. е. имеет место одна из четырех закономерностей забивки пор, то наиболее целесообразно .применять графический метод определения постоянных К и ѵ. Если все зависимости по т или q имеют криволинейный характер, т. е. фильтрация происходит одновременно по нескольким закономерностям, то наиболее целе-1 сообразно применять метод графического корригирования. И, на­ конец, если имеет место фильтрация с переходом от одного вида забивки пор к другому, то в этом случае наиболее точные результаты дает применение метода раздельного графического корриги­ рования для определения постоянных К и ѵ0.

Для очистки авиационных топлив от микрокапель воды широко используется метод фильтрации, который основан на адсорбции в прилипании микрокапель воды к пористой перегородке. В фильт* pax-сепараторах в качестве пористых перегородок применяются натуральные и синтетические волокна.

По принципу работы фильтры-сепараторы разделяются на од­ ноступенчатые и многоступенчатые. В одноступенчатых одна фильтрационная перегородка, состоящая из различных видов воло­ кон, осуществляет процесс отделения воды следующим образом: микрокаплй воды осаждаются на поверхности волокон, где слива­

соприкосновение или встреча микрокапель воды с волокнами; осаждение микрокапель воды на волокнах; коалесценция микрокапель в капли воды на волокнах;

стенание капель воды под действием силы тяжести с волокон; отвод капель воды в отстойник.

В многоступенчатых фильтрах-сепараторах имеется несколько типов перегородок (коагулирующая, водоотталкивающая, фильт­ рационная), состоящих из различных видов волокон.

Микрокапли воды в них осаждаются на поверхности волокон коагулирующего элемента, где .укрупняются и выносятся потоком топлива из элемента в виде капель, которые осаждаются в отстой­ нике.

Микрокапли, не успевшие укрупниться и диспергированные, при выходе капли из элемента не осаждаются в отстойнике, а выно­ сятся потоком к водоотталкивающему элементу, который их задер­ живает на своей поверхности, и затем они стекают в отстойник. Топливо, не содержащее микрокапель воды, поступает на следую­ щий фильтрационный элемент.

Современные фильтры-сепараторы могут иметь две ступени очистки (коагулирующая и водоотталкивающая), три (коагулиру­ ющая, водоотталкивающая и фильтрационная) и более. В послед­ нем случае ставится по нескольку ступеней коагулирующих, водо­ отталкивающих или фильтрационных. Здесь процесс отделения во­ ды более сложный, чем в одноступенчатых фильтрах-сепараторах,- и состоит из следующих стадий:

113

Микрокапли воды размером более 10 мкм при коалесценции на волокнах могут образовывать капли большего размера или водя­ ную пленку.

При высоких скоростях фильтрации и при малых размерах пор микрокапли воды могут дробиться, особенно при выходе из пори­ стой перегородки.

Процесс коалесценции имеет место в коагулирующих элемен-

Отрыв капель воды с гидрофильных волокон требует большей энергии, чем с гидрофобных. Поэтому с точки зрения отрыва ка­ пель воды коагулирующие элементы должны иметь пористую пере­ городку из гидрофобных волокон со средней поверхностной энер­ гией, а водоотталкивающие элементы должны иметь пористую пе­

капли. При этом капля срывается с поверхности волокна или сте­ кает по волокну до соседнего и образует мостик. В дальнейшем при увеличении размера капля уносится потоком во внутреннюю по­ лость фильтра-сепаратора, где за счет силы тяжести и резкого из­ менения скорости осаждается в отстойник.

Течение водотопливной эмульсии через коагулирующий и водо­ отталкивающий элемент должно быть ламинарным, в противном

можно рассматривать как течение однородной чистой жидкости че­

варительной), тонкой очистки и фильтры-сепараторы.

Фильтрами грубой очистки принято считать фильтры, задержи­

задерживающие частицы загрязнений менее 15—20 мкм. Фильтра­ ми-сепараторами считаются фильтры, задерживающие механичен ские примеси и эмульсионную воду.

115

М Е Т О Д Ы И С П Ы Т А Н И Й Ф И Л Ь Т Р О В

Аэродромные фильтры и фильтры-сепараторы испытывают на полноразмерных фильтрационных установках, а также в эксплуа­ тационных условиях на складах ГСМ аэропортов.

Полноразмерные фильтрационные установки, как правило, со­ стоят из резервуара хранения топлива, расходного и сливного ре­ зервуаров, насосов, счетчиков, диафрагм и других средств замера расхода и скоростей течения топлива, предохранительных фильт­ ров, систем трубопроводов, вентилей и контрольно-измерительных приборов, в том числе приборов для автоматического определения в потоке топлива количества и размера загрязнений и микрокапель воды [2; 6; 96; 97]. Для приготовления и введения в топливо кон­ центратов загрязнений и водотопливных эмульсий полноразмерные установки оснащаются специальными дозаторами. Емкость резер­ вуаров и производительность насосов зависят от пропускной спо­ собности испытуемых фильтров. Некоторые установки изготавли­ ваются из нержавеющей стали со стеклянными трубопроводами, что очень удобно для испытаний и очистки установок от загряз­ нений.

На полноразмерных фильтрационных установках определяют следующие характеристики фильтров и фильтров-сепараторов:

гидравлическую; эффективность очистки топлива от загрязне­ ний (тонкость и полнота фильтрации) и от эмульсионной воды (полнота отделения воды); эффективность противоточной промыв­ ки; грязеемкость фильтра.

Определение гидравлической характеристики на полноразмер­ ной установке заключается в прокачивании через испытуемый фильтр, включенный после предохранительного, топлива при раз­ личных перепадах давления и замера расхода топлива при помо­ щи счетчика и секундомера или диафрагмы. При этом раздельно определяется гидравлическая характеристика фильтра в сборе и

116

Определение эффективности очистки топлива от загрязнений на полноразмерной установке заключается в отборе и анализе проб загрязненного топлива до и после испытуемого фильтра при номи­

очистки (предварительной) 0,001%, а при испытании фильтров тон­ кой очистки и фильтров-сепараторов 0,0005% по весу.

Определение эффективности очистки топлива от эмульсионной воды заключается в отборе и анализе проб обводненного топлива до и после испытуемого фильтра. Водотопливные эмульсии вво­ дятся во всасывающую линию основного насоса полноразмерной установки или в расходный резервуар и должны обеспечивать общую обводненность топлива в пределах 0,008—0,01% по весу.

Определение эффективности противоточной промывки фильтра­ ционных чехлов или элементов на полноразмерной установке за­ ключается в прокачке через загрязненный испытуемый фильтр в обратном направлении чистого топлива после предохранительных фильтров с замером перепада давления и расхода топлива. Про­ мывка проводится циклично с постепенным увеличением перепада давления и расхода. После каждого цикла промывки определяется перепад давления на фильтре при номинальной пропускной способ­ ности процесса фильтрации. Эффективность противоточной про­ мывки определяется зависимостью перепада давления процесса фильтрации при номинальной пропускной способности от количест­ ва топлива, израсходованного на промывку при перепадах давле­

117

Для сравнительных исследований отдельных конструктивных элементов аэродромных фильтров используют специальные экспе­ риментальные фильтры, включающие все конструктивные вариан­ ты отдельных элементов.

Для визуального наблюдения за распределением потока топЛива внутри корпуса фильтра сделаны смотровые окна из органи­ ческого стекла — два в корпусе и одно в крышке фильтра.

Топливо в корпус фильтра может вводится через один из шести патрубков, которые расположены в верхней части (радиальный, радиальный с отбойником и касательный) ; нижней (радиальный и касательный) и донной части корпуса (радиальный).

Выводится топливо из корпуса фильтра через центральную тру­ бу и нижний патрубок.

Для подключения манометра входные и выходной патрубки имеют специальные штуцера. Для отбора проб по высоте корпуса фильтра равномерно расположены четыре штуцера.

В корпусе фильтра на центральной трубе могут устанавливать­ ся следующие фильтрационные пакеты: корзинчатый; спиральный; дисковый; дисковый с увязочными шейками; дисковый с разделите­ лями; чечевично-дисковый с чехлом зигзаг; чечевично-дисковый с литыми звездочками; чечевично-дисковый со штампованными дис­ ками.

Для выбора оптимальной конструкции корпуса фильтра и фильтрационного пакета (топливо с плотностью 0,825 г/см2) про­ ведены гидравлические испытания экспериментального образца фильтра с различными вводами в следующей комплектации:

корпус фильтра без фильтрационного элемента; корпус фильтра с фильтрационным элементом корзинчатого

типа; корпус фильтра с фильтрационным элементом корзинчатого ти­

па и чехлом из нетканого материала в один слой; корпус фильтра с дисками, имеющими увязочные шейки;

корпус фильтра с дисками, имеющими увязочные шейки, и чех­ лом из капрона (артикул 22059) в один слой;

корпус фильтра с дисками-звездочками;

118

корпус фильтра с дисками-звездочками и чехлами из нетканого материала в два слоя;

корпус фильтра с фильтрационным элементом спирального типа;

корпус фильтра с фильтрационным элементом спирального ти­ па и чехлом из ткани фильтродиагональ в один слой;

корпус фильтра с фильтрационным элементом чечевично-диско­ вого типа;

корпус фильтра с фильтрационным элементом чечевично-дис­ кового типа с чехлом зигзаг из нетканого материала.

Наименьшие гидравлические потерн имеет корпус фильтра с нижним и верхним радиальным вводом топлива. Применение от­ бойника и донный ввод топлива увеличивают гидравлические по­ тери. Наибольшие потери имеет корпус фильтра с вводом топлива

типа с чехлами из нетканого материала в один слой наибольшие гидравлические потери при малых перепадах давления дают вводы топлива нижний и верхний по касательной и донный; при больших перепадах наибольшие потерн дают вводы по касательной и с от­ бойником.

При установке в корпусе фильтрационного пакета с дисками, имеющими увязочные шейки, и чехла из капрона наименьшие гид­ равлические потери будут при нижнем и верхнем радиальном вво­ де топлива, а наибольшие — при вводе по касательной и донном; при установке в корпусе фильтрационного пакета с дисками-звез­ дочками и чехлами из нетканого материала в два слоя — при дон­ ном вводе, нижнем касательном и верхнем радиальном.

При установке в корпусе фильтрационного пакета спирального типа с чехлом из фильтродиагонали в один слой (рис. 29) наиболь­ шие гидравлические потери наблюдаются при донном вводе топли­ ва и верхнем касательном, а при малых перепадах — при касатель­ ном вводе топлива.

При установке в корпус фильтрационного пакета чечевично-дис­ кового с чехлом зигзаг и с индивидуальным чехлом из нетканого материала наименьшие гидравлические потери создаются при ниж­ нем радиальном вводе, а наибольшие — при донном, верхнем ради­ альном и касательном вводах топлива.

Анализ гидравлических характеристик, полученных на экспери­ ментальном фильтре, показывает, что лучшими являются фильтры

срадиальным нижним вводом топлива.

Взависимости от места и расположения ввода топлива в кор­ пус фильтра, а также величины скорости потока загрязнения топ­ лива могут распределяться в корпусе фильтра различно.

При касательном нижнем вводе загрязненность топлива по вы­ соте корпуса фильтра может быть равномерной и убывающей в радиальном к центру направлении. В этом случае под действием

119

Q, л/мин

'' центробежных сил частицы

загрязнений прижимаются к наружной стенке корпуса фильтра, а восходящий по­ ток топлива не дает им осаждаться под действием силы тяжести. В результате на фильтрационный элемент не поступают крупные час­ тицы загрязнений, которые после прекращения процесса фильтрации оседают вдоль стенок на дно фильтра и мо­ гут быть удалены при сливе отстоя. Поэтому ресурс ра­ боты фильтрационного паке­ та с одной стороны должен увеличиваться за счет цент­ робежного эффекта и с дру­ гой — снижаться вследствие неравномерной забивки эле­ мента в радиальном направ­ лении.

тате этого на фильтрационный элемент не поступают крупные час­ тицы загрязнений, которые в процессе фильтрации и после ее пре­ кращения оседают вдоль стенок корпуса на дно фильтра и могут быть удалены при сливе отстоя. Поэтому в этом случае ресурс ра­ боты фильтрационного элемента, с одной стороны, должен увели­ чиваться за счет центробежного эффекта, а с другой — умень­ шаться за счет неравномерной забивки элемента по высоте и в ра­ диальном направлении.

При радиальном нижнем и донном вводах загрязненность топ­ лива по высоте и в радиальном направлении корпуса фильтра мо­ жет быть равномерной. В этом случае происходит интенсивное пе­ ремешивание топлива, и восходящий поток топлива препятствует осаждению частиц на дно корпуса фильтра. На фильтрационный

120

элемент поступает топливо с равномерной загрязненностью, что мо­ жет дать увеличение ресурса работы фильтрационного элемента.

При радиальном верхнем вводе загрязненность топлива должна быть равномерной в радиальном направлении и увеличивающейся ко дну корпуса. Вследствие перемешивания топлива в радиальном направлении загрязненность равномерна, однако под действием силы тяжести происходит осаждение частиц на дно корпуса фильт­ ра. В результате ,на фильтрационный элемент поступает топливо, неравномерно загрязненное по высоте, что уменьшает ресурс рабо­ ты элемента. Установка отбойников при радиальном верхнем, нижнем и донном вводах топлива принцип распределения загряз­ нений не меняет, а при касательном вводе должна увеличить эф­ фект центробежной очистки.

Проведенные исследования гидравлических характеристик экс­ периментального фильтра при различных вводах топлива показа­ ли, что касательный ввод топлива создает большие гидравлические потери, а образующаяся вакуумная воронка выключает из работы верхнюю часть фильтрационного элемента, поэтому его применение на фильтрах нецелесообразно.

В связи с этим исследование распределения загрязнений топли­ ва по высоте корпуса фильтра было произведено на эксперимен­ тальном фильтре при радиальном верхнем и нижнем вводах со спиральными, чечевично-дисковыми с увязочными шейками, чече­ вично-дисковыми с чехлом зигзаг, фильтрационными пакетами.

Исследование проводилось на топливе, загрязненном 0,025'% лёссовой пыли. При пропускной способности 5, 10 и 20 м3/ч с четы­ рех уровней из корпуса фильтра отбирались пробы топлива, в ко­ торых определялось весовое содержание и дисперсный состав за­ грязнений. По данным анализов строились кривые распределения загрязнений по высоте корпуса фильтра. Результаты исследований показали, что при верхнем и нижнем радиальных вводах топлива загрязненность топлива по высоте корпуса фильтра практически одинакова как по весовому содержанию, так и по дисперсному со­ ставу, т. е. движение топлива настолько интенсивно, что осажде­

ва в корпусе фильтра по высоте практического влияния не оказы­ вает, поэтому выбор верхнего или нижнего радиального ввода топ­ лива должен определяться общей компоновкой, условиями монта­ жа и обслуживания фильтра.

121