Пленочного фильтрования

1) пленочное охлаждение: на поверхности стали образуется «паровая рубашка». Паровая рубашка — плохой проводник тепла, поэтому в этот период скорость охлаждения сравнительно невелика;

В настоящее время находит применение воздушное охлаждение сопловых и рабочих лопаток, которое разделяется на конвективное, заградительное (пленочное) и комбинированное.

Заградительное (пленочное) охлаждение заключается в подаче охлаждающего воздуха из центрального канала на поверхность лопатки через отверстия или щели в ее стенках. В результате на поверхности лопатки создается пленка охлаждающего воздуха. При изготовлении лопатки методом спекания можно получить большое количество мелких пор в ее стенках и повысить эффект охлаждения. Однако при этом снижается прочность лопаток и повышаются требования к чистоте охлаждающего воздуха.

Рассмотрим сначала пленочное охлаждение. Горячий газ движется вдоль стенки, покрытой пленкой охлаждающей жидкости, которая поступает через одну или несколько щелей или отверстий, выполненных на некотором расстоянии друг от друга вдоль поверхности (рис. 1-2,о). Температура поверхности тела не будет превышать температуру кипения жидкости до тех пор, пока существует пленка на поверхности. В ракетной технике в качестве охладителя может быть использовано жидкое ракетное топливо.

а — пленочное охлаждение; б и s — заградительное охлаждение; г — пористое охлаждение; / — основное твердое топливо; 2 — твердое топливо с низкой температурой горения; 3 — зона холодного пограничного слоя; 4 — зона горячего газа.

Пленочное охлаждение используется обычно как дополнительное средство защиты стенок камер сгорания и сопл жидкостных ракетных двигателей, когда конвективное охлаждение не обеспечивает необходимого снижения температуры стенок.

и режим работы предыдущих щелей. Сравнительные расчеты различных систем охлаждения, представленные в работе [7], показывают, что с увеличением числа щелей пленочное охлаждение по своей эффективности приближается к пористому охлаждению. Благодаря этому факту и ряду достоинств систем пленочного охлаждения разработке методов их расчета уделяется большое внимание.

Рассмотренные схемы внутреннего конвективного охлаждения могут обеспечить длительную работу лопаток при температурах газа не более 1450 ... 1500 К- При более высоких температурах газа необходимо применять более сложные комбинированные схемы охлаждения, где наряду с внутренним используется также внешнее, так называемое пленочное охлаждение (рис. 11.5). При пленочном охлаждении вокруг лопатки за счет вдувания охлаждающего воздуха создается заградительная пленка, что уменьшает теплоотдачу от горячих газов к лопаткам. При этом необходимо иметь в виду, что пленочное охлаждение, естественно, сопровождается и конвективным теплообменом. Так, например, лопатки с комбинированным конвективно-пленочным охлаждением турбины ТРДД TF-39, по данным фирмы Дженерал Электрик, обес-

В авиационных двигателях применяется открытая система воздушного охлаждения, в которой воздух после отбора тепла от охлаждаемых элементов выпускается в проточную часть. Существуют три основных метода воздушного охлаждения лопаток турбины: внутреннее конвективное, пленочное (или заградительное) и пористое. Наибольшее распространение получило конвективное и комбинированное конвективно-пленочное охлаждение (рис. 27).

этого начиная с Г* = 1550-=-1600 К применяется пленочное охлаждение, при котором на поверхности лопатки создается защитный слой охлаждающего воздуха, отделяющий поток газа от наружной поверхности лопатки. В этой конструкции охлаждающий воздух выводится на поверхность лопатки через отверстия малого диаметра (около 0,5 мм). Вследствие размывания газом защитного пристеночного слоя его необходимо подпитывать, дополнительно подавая воздух через отверстия, расположенные вдоль движения газового потока, т. е. стенка лопатки оказывается перфорированной.

Пленочное охлаждение в сочетании с конвективным позволяет увеличить эффективность охлаждения при умеренных расходах охлаждающего воздуха и широко применяется для наиболее нагретых частей сопловых и рабочих лопаток высокотемпературных турбин, в частности входных кромок и вогнутых поверхностей лопаток, а также торцевых поверхностей межлопаточных каналов (рис. 32).

В отличие от пленочного фильтрования в некоторых фильтрах специальной конструкции осуществляют так называемое адгезионное фильтрование, при котором взвешенные вещества задерживаются поверхностью зерен всего фильтрующего материала. Замена пленочного фильтрования адгезионным не сложно решается в так называемых двухслойных фильтрах. Для этого у однопоточного механического фильтра, загруженного кварцевым песком, удаляют верхний слой (200 — 300 мм) наиболее мелкого песка, оставляя нижний слой загрузки с размером зерен 0,65—0,75 мм. На него загружают слой дробленого антрацита диаметром зерен 1,0 —1,25 мм. В результате на крупных зернах фильтрующая пленка не образуется, а содержащиеся в поступающей воде взвешенные вещества проникают в поры слоя дробленого антрацита и отлагаются на поверхности его зерен. Взвешенные вещества, прошедшие через слой антрацита, задерживаются в лежащем ниже слое кварцевого песка. При взрыхляющей промывке фильтра слои песка и антрацита сохраняют свое расположение благодаря тому, что антрацит имеет вдвое меньшую плотность, чем песок. Такие фильтры могут иметь применение в тех случаях, когда допустимо использование кварцевого песка в качестве фильтрующего материала.

Идея такого фильтра, так же как и двухпоточного, имеет целью повышение его грязеемкости путем организации вместо пленочного фильтрования работы всей толщи фильтрующего материала, но решается эта идея проще, чем у двухпоточного фильтра, что позволяет осуществить ее без изменения конструкции фильтра. Для этого у однопоточного механического фильтра, загруженного кварцевым песком, удаляют верхний (200—300 мм) слой наиболее мелкого песка, оставляя нижний слой загрузки с размером зерен порядка 0,65—0,75 мм. На него загружают слой дробленого антрацита с крупностью зерен 1,0—1,25 мм. В результате такой замены фильтрующая пленка образовываться не будет, а содержащиеся в поступающей воде взвешенные вещества будут проникать в поры слоя дробленого антрацита и частью отлагаться на поверхности его частиц, а частью задерживаться в нижележащем слое кварцевого песка. При взрыхляющей промывке слои песка и антрацита не будут перемешиваться и сохранят свое расположение, благодаря тому что антрацит имеет вдвое меньший удельный вес, чем песок. Такие фильтры могут получить применение в тех случаях, когда допустимо использование кварцевого песка в качестве фильтрующего материала.

пленочного фильтрования. Мелкозернистая фильтрующая за-

принципу медленного (пленочного) фильтрования.

пленочного фильтрования, третий — объемного. Для интенси-

В медленных фильтрах осветления воды достигают за счет пленочного фильтрования. Мелкозернистая фильтрующая загрузка, имеющая мелкие поры, вначале задерживает на своей поверхности наиболее крупные частицы. Последние, заклиниваясь в порах, сужают их сечение, благодаря чему начинает задерживаться более мелкая взвесь. Этот процесс быстро прогрессирует, в порах задерживаются все более и более мелкие частицы, а затем коллоиды и даже бактерии. Так на поверхности фильтра образуется фильтрующая пленка с очень тонкими порами. После этого качество фильтрата становится весьма высоким. Задержанные пленкой бактерии и органические вещества обусловливают возникновение в ней биологических процессов, включая развитие низших организмов, поглощающих бактерии. Зерна песка обрастают студенистой массой, являющейся хорошим сорбентом. В результате биологических процессов большинство (до 99%) бактерий, находящихся в воде, задерживается пленкой и погибает. Созревшую фильтрующую пленку медленных фильтров называют биологической. С течением времени биологические процессы начинают захватывать и более глубокие слои (30... 40 см). Здесь через 2... ...6 сут зерна песка также обволакиваются слизью, которая хорошо сорбирует коллоиды и бактерии. Одновременно происходят окислительные процессы, в результате которых органические вещества минерализуются.

При бассейновом методе пополнения запасов воды по Я. Я. СпрогИ'Су на дне бассейна сооружают песчаный фильтр толщиной 0,5 ... 0,7 м, а при благоприятных грунтовых условиях и хорошем качестве исходной воды для этой цели применяют песчаный фильтр толщиной 0,10 м. Работает такой фильтр по принципу медленного (пленочного) фильтрования.

При напорной инфильтрации через скважины рекомендуется применять безреагентное фильтрование в напорных автоматически самопромывающихся фильтрах конструкции ВНИИ ВОДГЕО, УИИВХ и Новочеркасского инженерно-мелиоративного института (НИМИ). Первые два работают по принципу пленочного фильтрования, третий — объемного. Для интенсификации процесса фильтрования можно применять фильтры конструкции ОИСИ и НИМИ, работающие при периодическом коагулировании или с добавкой малых доз коагулянта. Для предупреждения загрязнения грунтов в аэрационной и водоносной зонах, а также очистки инфильтрационных бассейнов не более двух раз в год мутность подаваемой воды не должна превышать 10 мг/л для мелкозернистого песка (крупностью 0,25 ... 0,50 мм) и 20 мг/л — для крупнозернистого (крупностью 1 ...2 мм).

Рис. 3.5. Схема пленочного фильтрования на намывном фильтре:

Для очистки таких вод, как конденсаты, наряду с насыпными применяются также намывные механические фильтры, в конструкции которых предусмотрена реализация принципа пленочного фильтрования в слоях толщиной 3—5 мм, создаваемых тонкодисперсным материалом с размером частиц 10—60 мкм. Таким материалом является фильтрперлит — порошкообразный материал, полученный измельчением технического перлита — минерала горного происхождения, состоящего из оксидов кремния и алюминия.