Streszczenie - Wojskowa Akademia Techniczna

Warszawa 09.02.2015
mgr inż. Sebastian Szwedkowicz
doktorant
Wydział Mechaniczny
Wojskowa Akademia Techniczna
Streszczenie rozprawy doktorskiej pt.
„Badania charakterystyk włóknin filtracyjnych, jako drugi stopień filtracji powietrza
wlotowego silnika spalinowego "
W rozprawie przedstawiono charakterystykę powietrza atmosferycznego jako płynu
eksploatacyjnego
oraz
wskazano
źródła jego
zanieczyszczeń.
Omówiono
wpływ
zanieczyszczeń powietrza na zużycie współpracujących tarciowo elementów silnika oraz
wskazano rozmiary ziaren pyłu powodujące największąjego intensywność.
Przytoczono wybrane elementy klasycznej teorii filtracji powietrza w warstwie
włóknistej oraz przedstawiono charakterystykę mechanizmów filtracji, jakie wyodrębnia się
w procesie filtracji ze szczególnym uwzględnieniem mechanizmów: bezwładnościowego,
bezpośredniego zaczepienia i dyfuzji.
Dokonano analizy, dostępnych w literaturze, wyników badań charakterystyk
materiałów filtracyjnych w zakresie wpływu grubości warstwy włóknistej, gęstości
upakowania włókien, prędkości filtracji i średnicy włókien na uzyskiwane wartości
skuteczności filtracji i oporu przepływu. Wskazano na brak wystarczających informacji
dotyczących wartości współczynnika chłonności pyłu włóknin pracujących w warunkach
jednostopniowej i dwustopniowej.
Scharakteryzowano materiały filtracyjne stosowane do filtracji powietrza wlotowego
silników spalinowych pojazdów mechanicznych ze szczególnym uwzględnieniem papierów
i włóknin
filtracyjnych.
Wskazano
na
możliwość
zwiększenia
przebiegów
międzyobsługowych filtrów powietrza w wyniku zastosowania wkładów wykonanych
z włóknin filtracyjnych. Przedstawiono budowę i zadania układu zasilania powietrzem oraz
wymagania stawiane filtrom powietrza wlotowego silników spalinowych. Scharakteryzowano
jednostopniowe i wielostopniowe systemy filtracji powietrza zasysanego przez silniki
spalinowe oraz dokonano analizy budowy wkładów filtracyjnych wykonanych z papierów i
włóknin filtracyjnych. Wskazano na brak rozwiązań konstrukcyjnych wielostopniowych
filtrów powietrza wykorzystujących włókninowe wkłady filtracyjne.
Sformułowano cel pracy, którym jest eksperymentalna ocena właściwości filtracyjnych
włóknin, ze szczególnym uwzględnieniem współczynnika chłonności pyłu, i zachodzących
w nich zjawisk w warunkach filtracji jednostopniowej i dwustopniowej oraz możliwości ich
wykorzystania
do
filtracji
powietrza
wlotowego
silników
spalinowych
pojazdów
eksploatowanych w warunkach dużego zapylenia powietrza..
Przedstawiono
przelotowych
stanowisko
wykorzystywanych
badawcze
oraz
współcześnie
metodykę
jako
badań
pierwszy
minicyklonów
stopień
filtracji
wielostopniowych filtrów powietrza. Zaprezentowano wyniki badań eksperymentalnych
w postaci charakterystyk skuteczności i dokładności filtracji oraz oporu przepływu badanych
minicyklonów w funkcji strumienia powietrza oraz w funkcji stopnia odsysania pyłu mo.
Wykazano, że minicyklony przelotowe osiągają wartości skuteczności filtracji
nie
przekraczające (pc = 90%, a więc nieznacznie niższe niż minicyklony zwrotne (ę c — 95-5-97%),
ale także kilkukrotnie niższe wartości oporu przepływu, co jest ich podstawową zaletą.
Przedstawiono stanowisko badawcze oraz metodykę badań rozpoznawczych włóknin
filtracyjnych ukształtowanych w postaci niewielkich rozmiarów wkładów filtracyjnych
pracujących w warunkach filtracji jedno stopniowej i dwustopniowej. Dokonano analizy
wyników badań czterech gatunków włóknin filtracyjnych dostępnych na rynku krajowym i
stosowanych do budowy wkładów filtrów powietrza. Wykazano negatywny wpływ wzrostu
prędkości filtracji na uzyskiwane wartości skuteczności i dokładności filtracji oraz
współczynnika chłonności pyłu. Określono wartości współczynnika chłonności pyłu, które
przy prędkości filtracji Uf = 0,08 m/s, w przypadku dwuwarstwowej włókniny AC-301
wynoszą: kmi = 343 g/m
w warunkach filtracji jednostopniowej i km2 = 203 g/m
w warunkach filtracji dwustopniowej. Wykazano niską przydatność, do filtracji powietrza
wlotowego silników spalinowych, włóknin jednowarstwowych o niewielkich grubościach,
poniżej h = 0,5 mm.
Przedstawiono konstrukcję dwustopniowego filtru powietrza pracującego w systemie
„multicyklon-przegroda włókninowa" oraz określono parametry jego pracy. Określono
charakterystyki skuteczności filtracji i oporu przepływu włókninowych wkładów filtracyjnych
o rozmiarach odpowiadających wkładom filtrów powietrza współczesnych samochodów
ciężarowych. Potwierdzono wysokie wartości skuteczności filtracji włóknin filtracyjnych
uzyskane w trakcie badań rozpoznawczych. Stwierdzono, że plisy wykonane z włóknin
filtracyjnych, pomimo znacznej długości i wysokości w zasadniczym okresie pracy nie
ulegają odkształceniom. Wykazano, że istnieją gatunki włóknin filtracyjnych, które ze
względu na osiągane wartości skuteczności i dokładności filtracji, a także znacznie wyższe
niż w przypadku papierów filtracyjnych wartości współczynnika chłonności pyłu, mogą być
stosowane do filtracji powietrza wlotowego silników samochodów ciężarowych i pojazdów
specjalnych. Rozwiązanie takie pozwoliłoby w znacznym stopniu ograniczyć częstość obsług,
obniżając koszty z tym związane jak i ilość odpadów.