Введение к работе
Актуальность темы
Углеводородное топливо в процессе производства, хранения, транспортирования, заливки в бак автомобилей и др. подвергается загрязнению твердыми частицами. Для очистки углеводородных топлив от твердых частиц используются различные фильтрующие материалы: бумаги, специальные картоны, ткани и др. Однако эти фильтрующие материалы не отвечают современным техническим требованиям, поэтому создание новых фильтрующих материалов для очистки углеводородных топлив и оснащение ими фильтроэлементов, являются актуальной задачей.
Цель исследования
Целью данной диссертационной работы является разработка нетканого
фильтрующего материала для очистки углеводородного топлива от
механических загрязнений, используемого в двигателях внутреннего
сгорания (ДВС) и технологии изготовления структуры пористого
многослойного нетканого фильтрующего материала (НФМ),
обеспечивающего номинальную тонкость фильтрации 5 мкм, низкое гидравлическое сопротивление, высокую грязеемкость.
Задачи исследований
Исходя из поставленной цели, в данной работе решались следующие задачи:
-изучение рынка отечественных и зарубежных фильтрующих материалов для очистки углеводородных топлив и оценка тенденции их развития;
-анализ современного состояния научных исследований в области фильтрующих материалов для очистки углеводородных топлив;
-разработка технических требований к НФМ для очистки углеводородных топлив от механических загрязнений, используемых в ДВС;
-разработка модели структуры пористого многослойного НФМ, обеспечивающего необходимую тонкость фильтрации, гидравлическое сопротивление, грязеемкость;
-разработка каркасного волокнистого элемента, выполняющего роль барьера для малых частиц загрязнений, повышающего номинальную тонкость фильтрации;
-разработка технологии изготовления многослойных НФМ с тонкостью фильтрации 5 мкм;
-оптимизация технологических параметров изготовления НФМ;
-установление зависимости фильтрующих характеристик от технологических параметров производства и структурных элементов НФМ;
- внедрение в практику разработанного многослойного НФМ и оценка
экономической эффективности от внедрения нового материала для очистки
углеводородного топлива от механических загрязнений, в качестве
фильтрующей шторы фильтроэлементов;
Методы и средства исследования
В работе использовались стандартные и нестандартные методики исследования физико-механических, функциональных и эксплуатационных свойств НФМ и его компонентов.
При оптимизации технологических параметров изготовления материала применялись методы математической статистики, математического планирования и анализа эксперимента.
Исследование структурных характеристик проводилось методами поляризационной микроскопии.
Научная новизна работы заключается в том, что впервые:
- разработана многослойная структура НФМ на основе алгоритма его
работы по осаждению и удержанию частиц загрязнения различных
типоразмеров и предложена технология его изготовления;
- разработан основной структурный элемент - барьерный слой,
улучшающий фильтрующую способность, и установлено его влияние на
изменение эксплуатационных характеристик: грязеемкость, номинальную
тонкость фильтрации. Разработана схема технологической реализации
многослойной структурной модели НФМ.
- определен характер осаждения и удержания частиц загрязнения в
зависимости от предложенных технологических операций с использованием
метода поляризационной микроскопии;
- методами регрессионного анализа проведено исследование факторов,
влияющих на изменение структурных характеристик, физико-механических
и эксплуатационных свойств НФМ;
-определено влияние технологических параметров изготовления фильтровального материала на изменение номинальной тонкости фильтрации, воздухопроницаемости, пористости;
- научная новизна технического решения подтверждена патентом РФ на изобретение №2421267 «Нетканый фильтрующий материал» от 20.06.2011г.
Практическая ценность работы
Разработанная комбинированная технология позволяет осуществить промышленный выпуск НФМ для очистки углеводородного топлива от механических загрязнений размером 5 мкм. Составлен проект нормативно- технической документации на разработанный НФМ.
Разработанный материал может заменить широко применяемые бумажные фильтрующие материалы как отечественного, так и импортного производства.
Созданный материал хемостоек к углеводородным топливам и воде, что сохраняет целостность его структуры на протяжении всего времени эксплуатации и исключает проскок частиц более 5 мкм в ДВС.
Многослойная структура материала обеспечивает высокую и качественную очистку углеводородного топлива, позволяет увеличить грязеемкость до полного засорения фильтроэлемента по сравнению с бумажными аналогами в 2,8 раза, тем самым увеличить срок эксплуатации фильтроэлемента.
Разработанная структура НФМ позволит создавать ассортиментный ряд фильтрующих материалов для нового поколения ДВС.
Апробация работы Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах:
6 Всероссийской научной студенческой конференции «Текстиль 21 века» «Нетканые материалы технического назначения», 2007г., МГТУ им. А.Н. Косыгина
Всероссийской выставке научно- технического творчества молодежи (НТТМ). « Фильтровальные нетканые материалы для углеводородных топлив», 2008 г., ОАО «ГАО Всероссийский выставочный центр».
7 Всероссийской научной студенческой конференции «Текстиль 21 века». «Нетканый фильтровальный материал», 2008 г., МГТУ им. А.Н. Косыгина.
4. Всероссийской научно- технической конференции (ВНТК)
«Современные технологии и оборудование текстильной промышленности.
Текстиль 2009 г». «Нетканые материалы для очистки нефтепродуктов от механических загрязнений», 2009г., МГТУ им. А.Н. Косыгина.
5.ВНТК «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности. Текстиль 2010 г». «Структура пористых нетканых фильтровальных материалов и ее качественная оценка», 2010 г., МГТУ им. А.Н. Косыгина.
6. 10 Всероссийской научной студенческой конференции «Текстиль 21
века». « Нетканые фильтровальные материалы для очистки углеводородных
топлив», 2011 г., МГТУ им. А.Н. Косыгина.
7. ВНТК «Современные технологии и оборудование текстильной
промышленности. Текстиль 2011», «Технология изготовления нетканых
фильтровальных материалов с использованием матриц в виде барьерных
слоев», 2011 г., МГТУ им. А.Н. Косыгина.
Достоверность результатов работы
Достоверность и обоснованность основных положений и выводов диссертационной работы подтверждаются согласованностью результатов теоретических и экспериментальных исследований и базируются на использовании современных методов математической статистики, планирования и анализа эксперимента, теории фильтрации. Экспериментальные результаты основаны на использовании стандартных методов испытаний волокон и НФМ. Полученные результаты работы апробированы на предприятиях и получили положительную оценку.
Публикации
В рамках диссертационной работы опубликовано 3 статьи в журналах, включенных в перечень ВАК, 1 патент, 1 научная статья, 7 тезисов докладов.
Объем и структура работы
