Эффективность очистки отработанных моторных масел насыпными фильтрами

В настоящее время для очистки отработанных масел и других жидкостей от механических примесей используют насыпные фильтры [1]. Отработанное моторное масло в них проходит через зернистый слой (песок, керамзит, золу и т.п.), при этом содержащиеся в масле примеси осаждаются в объеме зернистого слоя. При определении рациональных параметров таких фильтров необходимо решить задачи исследования [2; 3]:

• •    влияния различных факторов на производительность фильтрации;

• •    влияния динамики изменения содержания механических примесей в зависимости от времени фильтрации и исходного содержания примесей;

• •    коэффициента очистки фильтра;

• •    динамики изменения перепада давления на фильтре.

Эффективность очистки зависит от многих факторов, характеризующих конструктивные особенности фильтров, вида и параметров материала засыпки, физических свойств отработанного масла, режима очистки. В работе приведены результаты изучения эффективности насыпных фильтров при фильтровании ОММ в зависимости от времени отстоя и исходной массовой концентрации механических примесей [4; 5].

Методы и средства

Очистка ОММ насыпными зернистыми перегородками заключается в задержке зернистым материалом находящихся в отработанном моторном масле механических примесей и продуктов деструкции масла. В качестве фильтрующих используют природные зернистые материалы с различными эксплуатационными характеристиками природного и производственного происхождения [6; 7]. Для подготовленного для очи-

стки ОММ материала характерен ряд параметров, влияющих как на конструкцию фильтра, так и на эффективность очистки.

В процессе фильтрации в зернистом слое перегородки накапливаются загрязнения, следствия этого – рост гидравлического сопротивления, снижение скорости фильтрации и ресурса фильтра. Поэтому изменение гидравлического сопротивления – показатель, характеризующий динамику загрязнения зернистого слоя фильтра [8].

Анализ процесса фильтрования через насыпной фильтр показывает, что пропускная способность и качество очистки зависят от большого количества факторов [9; 10]

К f(dэ dm H w zн •v-pч •pм •а-т-ф-\|/),                    (1)

Состав загрязнений в ОММ различается по видам (продукты износа деталей двигателя, частицы пыли, вносимые из внешней среды) и дисперсному составу.

К – коэффициент фильтрации;

• f – фильтрация;

d э – арифметический средний диаметр частиц зернистого слоя, м;

d m – массовый медианный диаметр частиц дисперсной фазы, м;

H – высота слоя, м;

w – скорость фильтрования, м/с;

zn – массовая концентрация дисперсной фазы в ОММ, кг/м3;

v – коэффициент кинематической вязкости, м2/с;

ρ м – плотность масла, кг/м³;

ρ ч – плотность частиц загрязнений, кг/м³;

σ – среднее квадратическое отклонение логарифма диаметров частиц дисперсной фазы;

τ – время фильтрования, с;

φ – коэффициент формы частиц зернистого слоя;

ψ – коэффициент формы частиц дисперсной фазы;

Δр – перепад давления, Па;

ε – пористость чистого зернистого слоя.

Индексы:

н – начальный;

к – конечный.

Учитывая, что геометрические параметры фильтра, показатели частиц формы и размеров частиц мехпримесей и зернистого слоя в процессе исследований не варьировали, а температура и зависящие от нее физические параметры масла в процессе фильтрации оставались неизменными, в данном исследовании решается частный вопрос о зависимости пропускной способности насыпного фильтра от исходной массовой концентрации примесей и объема ОММ, т.е.

m  f(m0t)

< K  f(m 0 t)                                     (2)

. Лp f (t)

где m 0 , m – начальное и текущее значение концентрации механических примесей в очищаемом ОММ; Δр – перепад давления в слое засыпки.

Исследование для получения этих зависимостей осуществлялось на установке, представленной на рис. 1.

Рис. 1. Принципиальная схема установки: 1 – емкость масла; 2 – вентиль; 3 – насос; 4 – регулятор давления; 5 – манометр;

6 – вентиль; 7 – насыпной фильтр; 8 – пьезометр;

9 – вентиль очищенного масла

Установка была оборудована фильтром 7 . В качестве засыпки использовали гранулированный полиэтилен.

Диаметр фильтра d ф = 0,1 м, высота слоя фильтра Н = 1 м. Исходная пористость материала фильтра ε = 0 ,8. Размеры частиц полиэтилена – 3,5–5 мкм (средний логарифмический диаметр ^т = 3,9 мкм, среднее квадратическое отклонение σ = 0,52 мкм). ОММ с содержанием механических примесей от 0,03 до 0,05% из емкости 1 при открытых вентилях 2 и 6 насосом 3 при заданном давлении 0,2 МПа подавалось в фильтр 7 . Плотность масла P_м 900 кг/м³. Перепад давления на фильтре измеряли пьезометром 8 при открытом вентиле 9 .

Результаты исследований

Эксперименты проводили в следующей последовательности. Нагретое масло до температуры 100–105ºС насосом 3 при открытых вентилях 2 , 6 подавалось из емкости 1 через регулятор давления 4 на насыпной фильтр 7 . Давление, равное 0,2 МПа, проверяли манометром 5. Параметры m и t контролировали на уровнях, представленных в табл. 1.

Таблица 1

Уровни варьируемых факторов

Факторы
m,%			t, ч
Min	0	Max	Min	0	Max
0,03	0,04	0,05	0	15	30

Результаты определения динамики изменения процентного содержания механических примесей позволили получить ММ (математическую модель)

m 0,0151  0,0036m  0,0022t  0,0267m t + 6,295m₀² + 0,0000427t² .      (3)

Коэффициент корреляции r = 0,9423.

Анализ кривых (рис. 2) показывает, что с увеличением времени фильтрации процентное содержание механических примесей снижается, независимо от исходного содержания примесей в ОММ. С наибольшей интенсивностью процесс фильтрации протекает в течение 20 ч, затем она значительно снижается.

Рис. 2 . Зависимость процентного содержания механических примесей от их исходного содержания m и времени отстоя t

На рис. 2 показана зависимость процентного содержания механических примесей от их исходного содержания m и времени отстоя t: 1 - m = 0,05%; 2 - m = 0,045%; 3 - m = = 0,04%; 4 - m = 0,035%; 5 - m = 0,03%.

Обработка результатов расчета коэффициента фильтрации К позволила получить ММ вида

К = 0,4142 + 0,0169m₀ + 0,3270t - 0,0282m 0 t - 0,0148m2 - 0,2066t² .       (4)

Приведены кривые изменения коэффициента фильтрации, рассчитанные по формуле (4) (рис. 3). Коэффициент корреляции r = 0,9823.

Рис. 3 . Зависимость коэффициента фильтрации ОММ от исходного содержания мехпримесей m и времени отстоя t

На рис. 3 показана зависимость коэффициента фильтрации ОММ от исходного содержания мехпримесей m и времени отстоя t: 1 – m = 0,03%; 2 – m = 0,035%; 3 – m = 0,04%; 4 – m = 0,055%; 5 – m = 0,05%.

Анализ кривых, представленных на рис. 3, показывает, что в течение работы от 0 до 15 ч коэффициент фильтрации при различной начальной концентрации механических примесей практически одинаков. После пятнадцати часов работы фильтра коэффициент фильтрации различен для начальных концентраций механических примесей. Максимальное значение коэффициент фильтрации t = 25 ч, в дальнейшем он практически не изменяется.

Результаты измерения перепада давления приведены в табл. 2.

Таблица 2

Результаты измерения перепада давления на насыпном фильтре при очистке ОММ

t, ч	0	5	10	15	20	25	30
Δp, кПа	100,39	99,32	97,59	95,46	92,53	86,66	80,66

По данным табл. 2 была получена регрессионная зависимость

Ap    0,02236t2 + 0,023786t +100,0679.                    (5)

Коэффициент корреляции между экспериментальными и рассчитанными по формуле (5) данными составляет r = 0,9975, подтверждая высокую сходимость экспериментальных и рассчитанных параметров.

Выводы и заключение

Получены уравнения регрессии:

• •    динамики изменения содержания мехпримесей в зависимости от исходной концентрации и времени отстоя;

• •    изменения коэффициента фильтрации;

• •    изменения перепада давления на фильтре.

Анализ полученных результатов показывает, что данный фильтр эффективно работает в течение 20 ч, в дальнейшем требует замены засыпки.

L.S. Keruchenko, E.I. Mal’tseva, S.V. ZakharovOmsk State Agrarian University named after P.A. Stolypin, Omsk

Efficiency of cleaning used engine oils with bulk filters

The filtration of working fluids used in various sectors of the national economy is an important process for maintaining the equipment used in working condition, as well as a means of improving the efficiency of using fuel and energy resources. One of the most effective methods of using used engine oils (UEO) in agricultural enterprises is to clean them from the pollutants accumulated during operation, which include mechanical impurities (dust, water, wear products of engine parts) and degradation products of the oil itself (acids, oxy-acids, carbenes, carbides and others), followed by the use of purified oils as working fluids in those units and mechanisms that allow the operation of such oils under operating conditions. To ensure the subsequent use of purified UEOs, it is necessary, first of all, to remove mechanical impurities from it. The aim of the current paper was to determine the dynamics of contamination of the filter granular layer and the quality of oil purification. The following mathematical models were obtained: the dynamics of changes in the content of mechanical impurities depending on the initial concentration and settling time; the dynamics of changes in the filtration coefficient; the dynamics of changes in the pressure drop on the filter. The results of a theoretical study of pollution dynamics are compared with experimental studies.