10914

310

УДК 621.9.04:004.94

С.А. Рязанов

Геометрическая компьютерная модель исходной и модифицированной производящей поверхности зуборезного инструмента

Применение методов геометрического моделирования для имитации процесса формообразования рабочей поверхности зубчатого зацепления основан на относительном движении взаимопересекающихся объектов в виде системы «заготовка – инструмент» [3, 4]. Это позволяет получать необходимую геометрическую модель, точно воспроизводящую геометрическую конфигурацию поверхностей зубьев пространственных зубчатых передач с учетом технологических особенностей их производства на зуборезных станках

[5].

В качестве зуборезных инструментов наиболее широкое применение находят дисковые и червячные модульные фрезы (шевера), зуборезные головки, долбяки и реечные инструменты, которые показаны на рис. 1.

Рис. 1. Виды зуборезных инструментов: а) дисковая фреза; б) червячная фреза; в) зуборезная головка; г) рейка; д) долбяк

Все они имеют рабочую поверхность, сечение которой задается в соответствии с ГОСТ 19036–81 [2], где геометрические параметры производящей поверхности выбираются в соответствии геометрическими параметрами проектируемого червячного зацепления [1].

Сечение исходной производящей поверхности образуется контуром проходящим через точки сечения Pt3– Pt5–Pt6–Pt4 (рис. 2).

311

Рис. 2. Исходный осевой профиль обобщенной производящей поверхности

Координаты вершин исходного прямолинейного сечения определяются по формулам, представленным в таблице 1.

Примечание:

p0 y , p0 z – координаты начала системы координат, точка ОП , осевого сечения производящей поверхности; ha3 , hf 3 – высота делительной головки и делительной ножки осевого сечения производящей поверхности соответственно; left , right – угол левого и правого осевого исходного линейного сечения производящей поверхности; s3 – делительная толщина производящей поверхности; m3 – модуль червячного зацепления.

Выполнив расчет точек исходного контура производящей поверхности по формулам (1) – (6), получаем контур исходного прямолинейного сечения

производящей поверхности инструмента в системе координат SоП ОП xП yП zП

(рис. 3).

314

Rм( SXи ) 0

R( Sи ) z2 cos( ) z sin( )

мY x x

Rм( SYи ) z2 sin( x ) z cos( x ) z

Выполняя расчеты координат точек модифицированного профиля на интервале, который определяется уравнениями (10) и (11), получаем осевое сечение модифицированной производящей поверхности (рис. 4).

Рис. 4. Модифицированный осевой профиль обобщенной производящей поверхности

Список литературы

1.ГОСТ 19650–97. Передачи червячные цилиндрические. Расчет геометрических параметров. – М. : Стандартинформ, 2005. – 10 с.

2.ГОСТ 19036–81. Передачи червячные цилиндрические. Исходный

червяк и исходный производящий червяк. – М.: Изд-во стандартов,

1981. – 4 с.

3.Карачаровский, В. Ю. Геометрическое моделирование и визуальная оценка винтовой поверхности зуба / В. Ю. Карачаровский, М. К. Решетников, С. А. Рязанов // Проблемы графической подготовки студентов технических вузов

вусловиях современного компетентностного подхода к процессу обучения : сб. тр. междунар. науч.-метод. конф. – Дивноморское : ДГТУ, 2015. – С. 59-66.

4.Карачаровский, В. Ю. Геометрическое моделирование формообразования пространственных поверхностей при винтовом относительном движении / В. Ю. Карачаровский, С. А. Рязанов // Проблемы геометрического моделирования в автоматизированном проектировании и производстве: 1-я междунар. науч. конф. – М. : Изд-во МГИУ, 2008. – С. 143-146.

5.Карачаровский, В. Ю. Обобщенная модель твердотельного зуборезного

инструмента с изменяемой кривизной производящей поверхности/ В. Ю. Карачаровский, С. А. Рязанов // Совершенствование подготовки учащихся и студентов в области графики, конструирования и стандартизации: межвуз. науч.-метод. сб. – Саратов : СГТУ, 2010. – С. 152–156.

315

УДК 628.11

А.С. Соколов

Плавучий водозабор-фильтр

Водозаборные сооружения являются одним из наиболее важных элементов системы водоснабжения, потому что от их работы фактически зависит надежность всей системы водоснабжения.

Существующие варианты поверхностных водозаборов имеют существенный недостаток взвешенные частицы из реки транспортируются с водой в береговой колодец, где крупные частицы выпадают в осадок, а мелкие поступают на водоочистные сооружения, где их необходимо задерживать. Это приводит к тому, что выпавший в колодец осадок необходимо периодически удалять. Все это усложняет работу водоприемника и увеличивает эксплуатационные затраты. Поэтому большой интерес представляет применение фильтрующих элементов для подготовки воды улучшенного качества.

Всистемах водоснабжения небольших населенных пунктов производительностью до 1500 м3/сутки может быть применен водозабор-фильтр, схема которого изображена на рисунке 1 [1, 2, 3]. Данное сооружение состоит из цилиндрического корпуса 1, открытого снизу и сверху, сеток 2, трубчатого тонкослойного отстойника 3, фильтрующей загрузки 4, приемной камеры чистой воды 6 с периферийными отверстиями 5, погружного электронасоса 7 и водовода

8.Корпус устройства снабжен пригрузами 15 в виде полуколец из железобетона и при помощи тросов 10 и крюка соединен с валом 9, приводимым в действие электродвигателем 11, установленным на верхней площадке эстакады 13 с перекрытием 12. Вертикальные стойки 13 в водоисточнике соединены по кольцевому периметру сеткой 16, между которой с корпусом 1 отсыпан слой вспененного крупногранулированного пенополистирола 14, выполняющего функции теплоизолятора и предотвращающего замерзание устройства в зимнее время года, такой же слой отсыпается в надфильтровое пространство фильтра и в верхней части приемной камеры насоса.

Врабочем режиме, благодаря пригрузам 15 и собственному весу, устройство с помощью подъемного механизма помещается под уровень воды в

водотоке на отметке ( + 1 м) таким образом, чтобы = 1 − 2 ≥ ∑ , где ∑ − сумма потерь напора в нижней и верхней сетках, тонкослойном отстойнике, плавающим фильтре и отверстиях к концу фильтроцикла. За счет располагаемого напора происходит процесс очистки воды и поступление ее в приемную камеру при работающем насосе, подающем очищенную воду по водоводу 8 в береговой резервуар чистой воды. При этом электроэнергия затрачивается лишь на транспортировку воды в береговой резервуар.

316

Рис. 1. Плавающий водозабор-фильтр

По мере накопления осадка в отстойнике он по наклонным стенкам трубок сползает в водоток и уносится потоком воды вниз по течению. Оставшаяся часть загрязнений задерживается в фильтрующей загрузке. По достижению предельных потерь напора до величины уровень воды в камере 6 начинает снижаться. Это дает сигнал на автоматическое отключение насоса 7 и включение электродвигателя 11. Последний приводит в действие вал 9 и поднимает с помощью троса 10 корпус очистного сооружения до отметки з. При этом вода, накопленная в надфильтровом пространстве в достаточном для промывки объеме, устремляется вниз, расширяет загрузку и выносит задержанные в ней и в отстойнике осадки в русло водотока.

При необходимости, отключая и включая двигатель, можно погружать и поднимать фильтр повторно, тем самым повторяя промывку. После промывки фильтр за счет пригрузов погружают снова под заданный уровень, включают насос и цикл водоподготовки продолжается.

Описанное выше сооружение не исключает необходимости устройства на берегу специального РЧВ и устройств для обеззараживания воды с усложнением эксплуатации комплекса сооружений водоподготовки.

Данная конструкция может применяться при следующих условиях: любой вид водоисточника; пологий берег; минимальная глубина воды в источнике − 3,7 м. С учетом выше изложенных условий применения плавучего водозаборафильтра определены количества, унифицированные размеры и выбраны конкретные конструкции. Результаты расчетов приведены в таблице 1.

317

Эффект осветления данного водозабора составляет 50%. Данный факт выделяет его среди других водозаборно-очистных сооружений фильтрующего типа, т.к. другие конструкции обладают эффектом осветления только в 30%.

Список литературы

1.Мезенева, Е.А. Совершенствование водозаборно-очистных сооружений фильтрующего типа / Е.А. Мезенева. – Вологда, 1993. − 153 с.

2.Водозаборно-очистные сооружения и устройства : учеб. пособие для студентов вузов / М. Г. Журба, Ю. И. Вдовин, Ж. М. Говорова, И. А. Лушкин ; под ред. М. Г. Журбы. – М.: Астрель: АСТ, 2003. − 569 с.

3.А. с. 1726676 СССР МКИ Е ОЗ В 3/04. Устройство для забора и очистки воды из поверхностного источника / М.Г.Журба, Е.А.Мезенева, Р.И. Аюкаев [и др.]. – 1992. – № 14. − 127 с.

УДК 621

К.А. Трегубенко

Осушка природного газа методом адсорбции с применением силикагелей

Добываемый на месторождениях природный газ является продуктом, который содержит множество примесей, в том числе механические частицы. Попадая в различные механизмы – газоперекачивающие агрегаты на транспортной магистрали, компрессоры и т.п., они радикально повышают их износ, что ведет к резкому росту издержек, падению экономической эффективности производства.

Однако механические частицы – далеко не единственная примесь, которая способна повредить технологическим процессам и плохо отразиться на работе установок для перекачки газа и трубопроводов. Не меньшую опасность представляет обычная вода. Особенно остро данная проблема стоит при добыче природного газа. Конкретная концентрация водяных паров в этом случае сильно зависит от природных и геологических условий на месторождении. Однако в том или ином объеме они присутствуют всегда.

Наличие воды в газе приводит к коррозии трубопроводов и оборудования, а также к образованию в трубопроводах гидратов – кристаллов льда или мокрого

318

спрессованного снега, способного полностью перекрыть сечение трубопровода и осложнить его эксплуатацию и работу компрессоров.

Таким образом, осушка газа, по существу, является одним из направлений его очистки – способом удаления вредной примеси, которой при многих технологических процессах является вода. А наиболее остро проблема осушки стоит при добыче и транспортировке природного газа. Учитывая особенности России, где многие установки газа работают в условиях Крайнего Севера, вдали от инфраструктуры и с ограниченными возможностями для обслуживания, предназначенные для этого установки должны соответствовать нескольким простым принципам. Во-первых, от них требуется способность работать в широком диапазоне внешних температур, включая крайне низкие термепатуры. Во-вторых, такие установки должны быть очень надежными. И в-третьих, доступными в эксплуатации и обслуживании.

Глубина осушки газа регламентируется «точкой росой». Точка росы – это температура, до которой должен охладиться воздух, чтобы содержащийся в нем водяной пар достиг состояния насыщения и начал конденсироваться в росу. Чем она ниже, тем лучше. В целом же для уже прошедшего обработку газа точка росы должна быть не выше, чем минимальная температура окружающей среды, в которой газ будет проходить при транспортировке. Речь может идти о цифрах в -60 градусов по Цельсию и ниже. Если данное требование не исполняется, значит, требуется дополнительная осушка.

На сегодняшний день существует множество методов осушения газа. Однако их практическая значимость различна и не все они применимы для производственных целей. Кроме того, при их выборе необходимо учитывать условия конкретной местности (от этого зависит, например, значение «точки росы»), а также экономическую сторону проекта.

Так, в лабораторных условиях для этих целей обычно применяются методики, основанные на химических принципах. На самом деле, веществ, способных обеспечить практически полную осушку газа, хватает.

Однако в индустриальных масштабах воспроизводить эти процессы нельзя

– вещества затем практически невозможно восстановить, т.е. процесс получается «одноразовым». А это, учитывая объемы газовой индустрии, попросту дорого.

Прямо противоположный подход к проблеме – исключительно физические методы осушки. Воду, к примеру, можно попросту «выморозить». Отчасти для этого имеет смысл воспользоваться низкой температурой окружающей среды. Охлаждение, однако, должно быть довольно сильным – ниже температуры атмосферы.

Поэтому на практике, готовя большие объемы газа к транспортировке по трубопроводам, применяют технологии, сочетающие в себе как химические, так и физические методы. К таковым относятся, прежде всего, методы абсорбции и адсорбции, представленные на рисунке 1, а также сочетание различных описанных выше способов.

319

Рис. 1 Методы адсорбции и абсорбции

Осушка газа методом абсорбции заключается в использовании специальных жидких реагентов, поглощающих из газа воду. Это происходит при непосредственном контакте внутри специальной установки.

В качестве реагентов, поглощающих влагу, при данном методе чаще всего применяются растворы диэтиленгликоля либо триэтиленгликоля. При абсорбции осушаемый газ поступает в нижнюю часть установки. Одновременно, навстречу ему из верхней части колонны стекает раствор поглотителя. Затем осушитель, к тому моменту уже насыщенный влагой, подается в сепаратор. Там из него сначала выделяется газ, поглощенный внутри установки.

Затем этиленгликоль подогревается и направляется на регенерацию, которая является достаточно сложным процессом. Там поглощенная осушителем влага выделяется. Далее цикл повторяется.

К неоспоримым практическим преимуществам абсорбционного метода относится тот факт, что он позволяет удалять влагу из газовой смеси, содержащей отравляющие твердые поглотители вещества, в первую очередь весьма распространенный сероводород. Помимо этого, он легко поддается автоматизации и позволяет проводить осушку до приемлемого в большинстве случаев значения «точки росы» в -70 градусов по шкале Цельсия.

Упоминание про твердые поглотители влаги появилось неслучайно. На их использовании построена другая распространенная технология осушки газов -

метод адсорбции.

Здесь поглощение влаги осуществляется твердыми гранулированными веществами. В качестве таких адсорбентов могут выступать, в частности, оксид алюминия, цеолиты, а также силикагель. Влага впоследствии извлекается из пор с применением внешних воздействий.

Метод адсорбции имеет ряд неоспоримых преимуществ. В частности, он позволяет добиться гораздо более низкой «точки росы»: -90 градусов по шкале Цельсия.

Однако возможность выбора этого метода, а также конкретного адсорбента, сильно зависит от состава осушаемого газа. В нем, как уже было отмечено выше, могут находиться компоненты, негативно влияющие на твердые реагенты установки.

Кроме того, здесь существуют и технико-экономические сложности.