shkolageo.ru 1 2





Согласовано: Утверждено:


ПРОЕКТНОЕ ЗАДАНИЕ

Разработка нового типа магистральных, самопромывных фильтров тонкой механической фильтрации на основе комплексных исследований гидродинамических характеристик ФЭ мембранного типа, с заданной величиной поровых каналов”


Москва

2005

1. Описание проекта.

1.1.Название

1.1.1 Разработка нового типа магистральных, самопромывных фильтров тонкой механической фильтрации на основе комплексных исследований гидродинамических характеристик ФЭ мембранного типа с заданной величиной поровых каналов.

1.2. Назначение продукции, ее характеристики и преимущества перед существующими аналогами.

Универсальные фильтры серии «СОЮЗИНТЕЛЛЕКТ» (СОЮЗИНТЕЛЛЕКТ ФС-60, СОЮЗИНТЕЛЛЕКТ ФС-30) представляют собой: самопромываемые, высокопроизводительные фильтры тонкой фильтрации, имеющие минимальные геометрические и весовые характеристики при существенно более низкой стоимости по сравнению с аналогами.

Фильтры серии «СОЮЗИНТЕЛЛЕКТ» являются новым товаром на российском рынке. Его отличительной особенностью является соответствие мировым стандартам при значительно (3 –4 раза) более низкой цене и высокой адаптированностью к специфическим требованиям российского рынка. Его продвижение на рынок обусловлено не только усилиями специалистов по маркетингу, но степенью его подготовленности к конкуренции с аналогичными изделиями иностранного происхождения.

В связи с этим продуктами настоящего исследования являются:

а) Аналитическое исследование, посвященное гидродинамическим процессам, возникающим при прохождения фильтруемой среды через ФЭ с заданной величиной поровых каналов, получаемых в процессе прецизионной намотки микропроволоки с заданными параметрами.

б) Исследование вопросов повышения прочности (надежности) ФЭ и эффективности его самопромывки за счет:


- физико-механических свойств проницаемой поверхности ФЭ;

- применения тангенциального закручивания и обратного тока фильтруемой среды, а также ультразвукового воздействия;

с) Разработка, изготовление и внедрение опытно-промышленной партии фильтров с учетом результатов работы (по пунктам а, б). Экспериментальная проверка эксплуатационных характеристик фильтров (производительность, тонкость фильтрации, ресурс работы и т.п.) в промышленных условиях действующих предприятий.

д) составление методических указаний при фильтровании различных жидких и газообразных сред, сопоставления качественных и количественных показателей, с аналогичными показателями фильтров других ведущих производителей.

Заявленные исследования чрезвычайно важны для представления продукции на рынке, т.к позволят более точно определить «рыночную нишу» фильтров серии «СОЮЗИНТЕЛЛЕКТ».

1.2.1. Указание авторских прав на работу с указанием номеров патентов и др.

Фильтры серии «СОЮЗИНТЕЛЛЕКТ» находится в стадии патентования. Патентная заявка принята, имеется приоритетный номер и дата.

1.2.2. Наличие необходимых разрешений, лицензий и сертификатов, в т.ч. международных, с указанием наименований и номеров.

Фильтр сертифицирован____________, номер сертификата соответствия №_________, срок действия сертификата «_____»______________2005 г., сертификат выдан______________________________________________, Копия сертификата см. Приложение 1.1.

1.2.3. Наличие сертификатов (ТУ №_____________________ и т.п.) на продукцию.

Универсальный фильтр «СОЮЗИНТЕЛЛЕКТ» соответствует требованиям и признан годным к эксплуатации. Руководство по эксплуатации фильтра «СОЮЗИНТЕЛЛЕКТ». Приложение 1.2.

1.2.4. Объем и назначение запрошенных средств, общая стоимость проекта.

Запрашиваются _____________________ рублей. Запрашиваемые средства предназначены для выработки технологических рекомендаций по применению фильтров серии «СОЮЗИНТЕЛЛЕКТ» к производству установочной партии _____ штук. Предполагается также подготовка продукции к реализации (подготовка информационных материалов, представление фильтров на выставках, испытание готовности изделий к различными, жидкими и газообразными средами условиям эксплуатации и т.д.), выполнение маркетинговых исследований фильтров «СОЮЗИНТЕЛЛЕКТ».


При наличии рекламаций будет проведен анализ типичных неисправностей и соответствующая модернизация изделий.

1.2.5. Цена единицы продукции.

Ориентировочная стоимость производства единицы изделия «СОЮЗИНТЕЛЛЕКТ» составляет ______. Цена продажи ______. Стоимость производства и реализации фильтров «СОЮЗИНТЕЛЛЕКТ ФС (30-60 ) обсуждается.

1.2.6. Количество продукции (в натуральном выражении), которое будет выпускаться после реализации проекта.

Планируется создание динамически развивающегося производства фильтров серии «СОЮЗИНТЕЛЛЕКТ». Запрашиваемые средства предполагается использовать следующим образом:

- на разработку и внедрение нового типа самопромывных фильтров тонкой механической фильтрации на основе комплексных исследований гидродинамических и физико-механических характеристик ФЭ мембранного типа с заданной величиной поровых каналов, получаемых в процессе прецизионной намотки микропроволоки с заданными параметрами на цилиндрические каркасы с расчетной величиной проницаемой поверхности.

- на разработку технологических инструкций по использованию фильтров применительно к различным задачам.

- выполнение комплекса работ по сертификации.

- подготовку материалов, предназначенных для демонстрации в аудитории, как профессиональной, так и не обладающей профессиональными знаниями и навыками.

В плане развития производства предполагается период организации, развития и стабилизации пилотного производства объемом до 50 изделий одного наименования в месяц с одновременным исследованием динамики рынка.

По окончании пилотной стадии будет поставлена задача создания профилированного производства с производительностью, более приближенной к потребностям рынка.


2. НАУЧНАЯ СОСТАВЛЯЮЩАЯ ПРОЕКТА

2.1. Научно-техническая задача, на решение которой направлен проект.

Перед разработчиками серии «СЮЗИНТЕЛЛЕКТ» были поставлены следующие задачи:


1) Разработать технологию производства промышленных и бытовых фильтров, с минимальной стоимостью очищенной воды, а также других жидкостей и газов от механических примесей (менее 0,003 рубля за один литр) при тонкости фильтрации менее 20,0 мкм).

2) Возможностью эффективной самопромывки, относительной простотой изготовления и обслуживания при минимальных возможных, в своем классе, стоимости, габаритах и весе.

3) обеспечить ресурс работы новых ФЭ не менее аналогичных сетчатых.

Предварительный анализ показал, что все известные на сегодня фильтры в той или иной степени не отвечают в полной мере поставленной задаче.

Поэтому авторами в результате обобщения накопленного опыта был разработан принципиально новый технологический процесс изготовления ФЭ, суть которого коротко заключается в следующем:

- на цилиндрическую полированную поверхность, имеющую прорези расчетной геометрической формы и размеров с помощью специального оборудования путем прецизионной намотки микропроволоки получают проницаемую поверхность с заданной величиной поровых каналов.

Переход к фильтрующим элементам, изготовленным по нашей технологии, открывает целый ряд интересных возможностей:


  • Уникальные свойства полученной «металлической мембраны» позволяют в одном фильтре сочетать три основных типа водоочистки: механической, сорбционной, бактерицидной.

  • Доукомплектовывать фильтр дополнительными ступенями очистки: фильтровальный перлит, шунгит, картриджи для микрофильтрации и т.п.

  • Наиболее эффективно реализовать механизм самопромывки ФЭ а именно:

- в процессе фильтрования за счет того, что объемная задерживающая способность «металлической мембраны» практически отсутствует, а качество её поверхности не ниже 8 класса чистоты, задержанные механические загрязнения не могут прочно удерживаться на ФЭ и бес­препят­ственно смываются в нижнюю часть фильтра новыми порциями фильтруемой жидкости или газа, где удаляются через дренажный кран. Конструкция фильтра предусматривает также и промывку ФЭ обратным током фильтруемой среды.


  • Использовать ФЭ в стандартных корпусах различных производителей.

  • Универсальность - возможность фильтрования горячей воды (до + 120 Со) светлых нефтепродуктов (бензин, керосин, дизельное топливо и т.п.) а также пищевых жидкостей и газов.

  • Изготовление данных фильтров и ФЭ осуществляется на отечественном оборудовании с использованием материалов Российского производства.

  • Ресурс ФЭ сопоставим с аналогичными сетчатыми.


2.2.Техническое и технологическое описание изготовления ФЭ предполагаемых к внедрению.

Технические характеристики фильтров и их преимущества перед существующими аналогами были подробно изложены в техническом задании. Поэтому в этом разделе будут рассмотрены теоретические и технологические вопросы не вошедшие в Т.З.

В настоящее время известны различные патронные ФЭ для очистки жидкости и газов от механических загрязнений, которые выполнены на каркасе или без него. Известны патронные ФЭ, представляющие собой каркас в виде полого цилиндра, в который уложен пленочный, волоконный, проволочный, порошковый, сетчатый или другой фильтрующий материал, а к торцам герметично присоединены концевые детали.

В частности, из авторского свидетельства 81Г № 1526757 известен фильтровальный патрон, выполненный из свитой в винтовую спираль пружины и прикрепленных к ней с торцов фланцев.

Наиболее близким к ФЭ согласно настоящему изобретению является известный из авторского свидетельства ЗП № 986454 патронный проволочный ФЭ, содержащий полый перфорированный каркас, на внешней стороне которого спирально навита виток к витку проволока многогранного сечения, на поверхности которой на определенном расстоянии выполнены периодические выступы и углубления, обеспечивающие наличие фильтрующих щелей между соседними витками проволоки. Фильтрующие щели заполнены минеральным порошком вспомогательного фильтрующего вещества. Ограничениями данного ФЭ является то, что фильтрующие щели между витками занимают малую часть общей наружной поверхности ФЭ. Это обуславливает высокое гидравлическое сопротивление ФЭ, его относительно быстрое засорение и, как следствие, необходимость частой промывки с заменой фильтрующего вещества. В известном ФЭ ввиду дисперсного состояния вспомогательного фильтрующего вещества возникает вынос его частиц с адсорбированными загрязнениями в фильтрат. Кроме того, данный ФЭ имеет относительно сложную конструкцию, так как на нем намотана проволока сложного профиля, имеющая периодические выступы и углубления. Получение такой проволоки требует дополнительных производственных затрат.


В основу нашей цели была положена задача разработать патронный ФЭ (фильтр), обладающий высокой задерживающей способностью при малом гидравлическом сопротивлении, обеспечивающий возможность самоочищения в процессе работы и достаточно простой в изготовлении.

Поставленная задача решается за счет того, что предложен патронный ФЭ, содержащий трубчатый каркас с перфорацией в виде продольных прорезей, на поверхности которого размещена фильтрующая перегородка, образованная спирально намотанной нитью, в котором намотка выполнена с натяжением без зазоров между витками нитью с шероховатостью, при этом ширина прорезей трубчатого каркаса и диаметр нити выбраны из условия образования проходного зазора между витками в зоне прорези трубчатого каркаса при деформации нити в результате воздействия на нее фильтруемой среды.

В ФЭ согласно проведенным расчетам величина прорезей (b) и диаметр нити (d) выбраны преимущественно так, что их отношение (b/d) находится в диапазоне от 10 до 1000. Предпочтительно в ФЭ намотка выполнена микропроволокой с классом шероховатости не менее восьмого класса.

При изготовлении ФЭ намотка выполнена с натяжением микропроволоки, причем величина натяжения (Р) и усилие разрыва (N) выбрана так, что их отношение (Р/N) составляет, по меньшей мере, величину 0,15.

В фильтрующих элементах, для фиксации проволочек между собой применяется пайка припоем марки ПОС-90 или другими связующими в зависимости от конкретных задач.

Для лучшего понимания выше сказанного приводим краткое описание эскизных чертежей фильтров (ФЭ). (Приложение 1).

Признаки и преимущества будут понятны из приведенного ниже описания конкретных примеров, а также динамики работы и возможных аспектов практического промышленного применения, которое ведется со ссылками на прилагаемые фигуры чертежей, на которых:

  • фиг. 1 изображает в продольном разрезе ФЭ согласно одному из вариантов реализации способа изготовления;


  • фиг. 2 - разрез А-А ФЭ по фиг. 1;

  • фиг. 3- в продольном разрезе ФЭ с каркасом

  • выполненным в виде «беличьего колеса»;

  • фиг. 4 -разрез Б-Б ФЭ по фиг. 3 ;

  • фиг. 5 - в поперечном сечении участок намотки проволоки в одном из

  • способа изготовления;

  • фиг. 6 - в сечении, проходящем через продольные оси» два

  • соприкасающиеся витка намотки проволоки;

  • фиг. 7 - в поперечном сечении намотку проволоки в условиях

  • аэродинамического воздействия;

  • фиг. 8 - в вертикальном разрезе устройство фильтровальной воронки

  • для индивидуальной заправки автомобиля с ФЭ,

  • представленном на фиг.1;

фиг. 9 - в вертикальном разрезе вариант реализации фильтра, в котором установлен ФЭ, представленный на фиг.2.


На фиг.1 изображен в продольном разрезе ФЭ согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, содержащий полый каркас с 4-мя продольными пазами, ширина которых b = 12 мм. На фигуре 2 изображен разрез А-А ФЭ по фиг.1. Каркас изготовлен из цилиндрической трубы с внутренним диаметром f = 30 мм. Каркас выполнен из нержавеющей стали. ФЭ имеет трубную цилиндрическую поверхность 12, сформированную из трубы 1¼ дюйма и резиновую прокладку 13, предназначенную для уплотнения. На части поверхности (имеющей длину u) каркаса известным в промышленности способом выполнена прецизионная намотка 11 проволоки диаметром d=0,03 мм, изготовленной из сплава, используемого для изготовления проволоки. Намотка 11 выполнена с шагом, равным диаметру проволоки, то есть соотношение b/d = 12:0,03 = 400. Намотка 11 выполнена с натяжением Р каждого витка величиной 0;025 кг, что составляет 20 процентов от усилия N разрыва проволоки (N=0,125 кг), то есть соотношение (Р/N) равно 0,2. Намотка 11 закреплена с помощью припоя ПОС-90 -14.

На фиг. 3 изображен в продольном разрезе ФЭ, содержащий каркас 22, выполненный в виде «беличьего колеса», с внутренним диаметром f.


На фиг. 4 изображен разрез Б-Б ФЭ по фиг.З. Для повышения жесткости каркас разделен шпангоутом на 2 секции. Боковую поверхность каркаса ограничивают 12 стержней, диаметром 6 мм, изготовленные из прутков, выполненных из нержавеющей стали. Стержни расположены равномерно по окружности. Расстояние между соседними стержнями по касательной линии составляет 12 мм, с образованием зазора b величиной 12 мм. На боковой поверхности каркаса с шагом равным диаметру проволоки выполнена прецизионная намотка 11 проволоки диаметром в d=0,028 мм (соотношение b/d - 400), изготовленной из сплава 03X18H10T-BИ.

Натяжение Р каждого витка намотки составляет 0,025 кг, что составляет 20 процентов от усилия N разрыва проволоки, то есть соотношение P/N равно 0,2.

Механизм фильтрования жидкости ФЭ реализуется следующим образом. В углублениях ФЭ фактически образуются капилляры переменного сечения, которые обеспечивают прохождение жидкой фильтруемой среды через ФЭ.

Это явление иллюстрирует фиг.4, на которой изображена в поперечном сечении намотка проволоки с диаметром d=0,028 виток к витку, в условиях смачивания жидкостью 31 при отсутствии избыточного внешнего давления. Фактический контакт соприкасающихся поверхностей осуществляется по вершинам неровностей, обусловленных шероховатостью поверхности, характеризуемой параметром Rz. Таким образом, в зоне фактического контакта соприкасающихся витков проволоки имеют место строчечные просветы шириной 2 Rz. При этом у данной проволоки обеспечивается класс шероховатости поверхности не менее 8-го, (более предпочтительно не ниже 11 -12-го), то есть параметр Rz находится в диапазоне от 0,4 мкм до 0,2 мкм, следовательно в зоне фактического контакта соприкасающихся витков проволоки с диаметром d=0,028 мм имеют место строчечные просветы с шириной в диапазоне от 0,4 мкм до 0,8 мкм.

На фиг. 6 изображены в увеличенном виде (М 10000:1) в продольном сечении два соприкасающихся витка намотки проволоки с шероховатостью поверхности, характеризуемой 11-12 классом. Разница величин h1 и h2 соответствует параметру Rz,


При использовании ФЭ для фильтрования газообразных жидких сред реализуется механизм фильтрации, схематически изображенный на фигуре 7. На данной фигуре 7 изображен в увеличенном масштабе (М 1000:1) участок намотки проволоки, выполненной на ФЭ.

В результате аэродинамического воздействия газообразной или жидкой среды на намотку в ней возникают колебания и, в частности, автоколебания (флаттер) каждого витка намотки проволоки на площади пазов каркаса, что по-видимому увеличивает проницаемость и способствует более эффективной самоочистке ФЭ в процессе фильтрования.

Механизм возникновение автоколебаний в намотке проволоки микронных диаметров при фильтровании газообразных и жидких сред на сегодняшний день еще мало изучен и нуждается по мнению авторов в детальной проработке как теоретических так и практических аспектов данного явления.

Проведенные испытания ФЭ, описанного со ссылкой на фиг.3, показали, что удельная проницаемость при фильтровании воды и бензина составляет не менее 0,012 л/с *см2, при перепаде давления не более 3 кПА (300 мм вод.ст.),

В рамках НИОКР возможны модификации ФЭ, в частности конструктивные параметры ФЭ определяются конкретными требованиями: прочность, жесткость, производительность, тонкостью фильтрации, технологичность и др.

Для иллюстрации промышленной применимости ФЭ, а также для демонстрации его свойств и преимуществ ниже приведено описание конкретных примеров его практического использования.

На фиг. 8 представлено в вертикальном разрезе устройство фильтровальной воронки для индивидуальной заправки автомобиля бензином с ФЭ, представленном на фиг. 1 в процессе заправки уровень бензина в устройстве достигает высоты h = 250-300 мм, после чего подъем уровня прекращается, то есть скорость подачи топлива бензоколонкой (обычно это до 2 л/сек) и скорость фильтрования выравниваются. Направление движения бензина внутри устройства показано на фиг. 8 стрелками. Поступающий поток топлива из заправочного пистолета 41 вызывает значительную турбулентность объема топлива в устройстве, что повышает скорость фильтрования и способствует самопромывке ФЭ. После завершения процедуры заправки остаток топлива (не более 30 см3.) вместе с задержанной влагой и твердыми частицами загрязнений (обычно 5-40 мкм) удаляют и устройство закрывают крышкой для предотвращения механических повреждений до следующей заправки.


В таблице 1 приведено распределение частиц загрязнений в пробе бензина марки АИ-93 взятой на АЗС г.Москвы.

таблица 1




Размер

частиц,


мкм



Число частиц

в 1 л бензина



Площадь поверхности частиц,

содержащихся

в 1 л бензина, мм2



Доля от общей площади поверхности частиц,

содержащихся в 1 л бензина

более 50

10 - 50

1 - 10

менее 1

120

4 600

360 000

более 12 000 000


3,0

11,5

23,0

12,7

6 %

23 %

46 %

25 %



следующая страница >>