СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ФИЛЬТРОВ
METHOD OF DETERMINING HYDRAULIC RESISTANCE OF FILTERS

Изобретение относится к фильтрованию жидкостей.
Известен способ определения гидравлического сопротивления фильтров, заключающийся в том, что каждый фильтр устанавливают в напорную магистраль проливочного стенда, пропускают через него жидкость и определяют зависимость потерь давления - перепада давлений на фильтре, от скорости жидкости - скорости фильтрования (Рыбаков К.В и др. Авиационные фильтры для топлив, масел, гидравлических жидкостей и воздуха. - М.: Машиностроение, 1982, с.85).
Недостатком известного способа являются значительные затраты на проведение проливок фильтров.
Например, для определения гидравлического сопротивления фильтров, отличающихся использованными для оснащения фильтров фильтровыми материалами или геометрическими размерами проточной части корпуса, в соответствии с описанным способом необходимо проводить проливки каждого фильтра, что вызывает необходимость выполнения дорогостоящих работ.
Более близким к предлагаемому является способ определения гидравлического сопротивления фильтра (авт.св. № 1783381, кл. G01N 15/08. Ищенко В.И. Способ определения гидравлического сопротивления фильтра. Заявлен 25.02.91. Бюлл. № 47, 1992, с.158), заключающийся в том, что проводят проливки фильтрового материала, которым оснащен фильтр, определяют с учетом ее зависимость перепада давлений на фильтровом материале от скорости жидкости и проливку корпуса фильтра, с учетом которой определяют зависимость перепада давлений от скорости жидкости, а гидравлическое сопротивление фильтра определяют, используя полученные зависимости перепада давлений на фильтровом материале и корпусе фильтра от скорости жидкости из уравнения
ф
где ΔР - гидравлическое сопротивление фильтра,
фм
ΔР - гидравлическое сопротивление фильтрового материала,
к
ΔР - гидравлическое сопротивление корпуса фильтра.
Недостатком способа является также значительные затраты, обусловленные тем, что в технике находят применение фильтры, которые различаются геометрическими размерами (размерами проходных сечений - условными диаметрами) и особенностями конструктивного выполнения элементов проточной части корпусов фильтров.
При использовании известного способа определения необходимо проводить проливку корпусов фильтров каждого условного диаметра и каждого варианта корпуса, что приводит к увеличению затрат на проведение определения, так как использование зависимостей, полученных при проливках корпуса одного фильтра для подсчета перепада давлений при течении жидкости через корпус другого варианта фильтра, приводит к большим ошибкам.
Целью изобретения является снижение затрат и повышение точности определения гидравлического сопротивления фильтров.
Поставленная цель достигается тем, что проводят проливки корпуса одного из фильтров, проточная часть которого включает элементы, аналогичные элементам проточной части ряда фильтров, и определяют зависимости перепада давлений на каждом элементе проточной части корпуса от скорости жидкости с учетом геометрических характеристик элементов (гидравлическое сопротивление каждого элемента проточной части). На основании зависимостей получают уравнения для расчетного определения потерь давления (гидравлического сопротивления) при течении жидкости через каждый элемент проточной части корпуса.
Гидравлическое сопротивление корпуса любого из ряда фильтров определяют без проведения проливок - сложением гидравлических сопротивлений элементов проточной части, входящих в проточную часть корпуса, подсчитанных с использованием полученных уравнений.
Проливки корпуса выбранного фильтра проводят на проливочных стендах путем пропускания жидкости через корпус, определения зависимости перепада давлений от расхода жидкости (по измеренным значениям которого с учетом геометрически характеристик определяют скорость жидкости через элемент) для каждого элемента проточной части корпуса и вывода по результатам проливок уравнений, например, вида
i
где ζ - коэффициент гидравлического сопротивления элемента проточной части корпуса фильтра
;
i
Re - число Рейнольдса
;
i
ΔP - гидравлическое сопротивление элемента - перепад давлений при течении жидкости через элемент проточной части корпуса фильтра,
ρ - плотность жидкости, µ - коэффициент динамической вязкости,
i
i
W - скорость жидкости, подсчитанная на основе измеренных значений расхода жидкости и характерного размера элемента проточной части, d - характерный размер элемента проточной части.
Гидравлическое сопротивление любого из ряда фильтров при заданном расходе жидкости определяют с использованием уравнений, описывающих гидравлические сопротивления фильтровых материалов и уравнений, описывающих гидравлические сопротивления элементов проточной части корпуса фильтра.
Гидравлическое сопротивление фильтрового материала - перепад давлений на фильтровом материале при течении жидкости, определяют, например, по уравнению (после подстановки входящих в него величин).
где λ - коэффициент гидравлического сопротивления фильтрового материала
;
фм
Re - число Рейнольдса
;
фм
ΔР - гидравлическое сопротивление - перепад давлений на фильтровом материале при течении жидкости,
фм
W - скорость фильтрации - скорость жидкости через фильтровый материал
;
Q - расход жидкости через фильтровый материал,
фм
F - площадь фильтрового материала,
h - толщина фильтрового материала,
ρ, µ - плотность и вязкость жидкости,
α, β - коэффициенты вязкостного и инерционного сопротивлений фильтрового материала, определяемые экспериментально по результатам проливок образцов фильтровых материалов.
к
Гидравлическое сопротивление корпуса фильтра ΔР определяют как сумму сопротивлений элементов проточной части из уравнения
1
2
п
где ΔР, ΔР… ΔР - гидравлические сопротивления элементов проточной части корпуса (перепады давления на элементах при течении жидкости) фильтра.
Составляющие определяют с использованием уравнений (2), полученных по результатам проливок выбранного фильтра с измерением потерь давления на каждом элементе проточной части.
На фиг.1 показана схема проливочного стенда для проливки корпуса фильтра и элементов проточной части корпуса фильтра.
На фиг.2 - схема определения гидравлического сопротивления элементов проточной части корпуса выбранного фильтра.
На фиг.3 - зависимость перепадов давлений (гидравлического сопротивления) от расхода при течении жидкости через элементы проточной части корпуса выбранного фильтра.
На фиг.4 - зависимость перепада давлений (гидравлического сопротивления) от расхода при течении жидкости через корпус фильтра.
Способ осуществляется следующим образом.
В лабораторных условиях в специальное устройство устанавливают поочередно образцы фильтровых материалов, которыми оснащены фильтры, и пропускают через них жидкость при различных расходах. По результатам проливок для каждого материала определяют зависимости перепада давлений на фильтровых материалах от скорости жидкости через материалы, на основании которых получают уравнения, описывающие гидравлическое сопротивление фильтровых материалов в виде, например, (3).
В магистраль проливочного стенда, фиг.1, включающего бак с жидкостью 1, насос 2, запорные и управляющие элементы, устанавливают коропус 3 выбранного фильтра и пропускают через него жидкость, измеряя при этом расход жидкости датчиком 4, температуру жидкости - датчиком 5, перепады давлений на каждом элементе проточной части корпуса фильтра, фиг.2, - датчиками 6.
По результатам проливок определяют зависимости перепадов давлений на элементах проточной части корпуса фильтра, фиг.3, от расхода жидкости (по значению которого определяют, с учетом геометрических характеристик, скорость жидкости в каждом элементе проточной части) и затем получают уравнения, описывающие гидравлическое сопротивление элементов проточной части корпуса фильтра, например, в виде зависимости коэффициентов сопротивления от числа Рейнольдса (2).
Гидравлическое сопротивление фильтра при заданном расходе жидкости определяют с использованием полученных уравнений (1-4):
(обозначения приведены выше).
При необходимости определения гидравлического сопротивления фильтра, оснащенного одним из типов фильтровых материалов, для которых определена зависимость (3), но отличающегося, например, составом элементов проточной части корпуса фильтра, используют уравнения для определения гидравлического сопротивления фильтрового материала и уравнения для определения сопротивления тех элементов, которые входят в проточную часть корпуса фильтра.
Использование предлагаемого способа обеспечивает снижение затрат за счет того, что определение гидравлического сопротивления фильтров, составляющих ряд конструктивных вариантов, проводят с использованием расчетных уравнений для определения гидравлического сопротивления элементов проточной части, полученных при проливках корпуса одного выбранного фильтра, т.е. исключают проливки корпусов фильтров всего ряда, требующие значительных финансовых и трудовых затрат.
Кроме того, повышается точность определения гидравлического сопротивления фильтров, так как учитывается вклад всех составляющих - фильтрового материала и элементов проточной части корпуса фильтра.