СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДОСМЕШИВАЕМЫХ СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СРЕДСТВ В СИСТЕМАХ ПРИМЕНЕНИЯ СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СРЕДСТВ Российский патент 2002 года по МПК C10M175/00 B01D37/00 

Изобретение относится к области очистки смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС) (смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ), моющие растворы), содержащих механические примеси (шлифовальный шлам, стружка и пр.) и инородные включения (колонии бактерий), и может быть использовано на металлообрабатывающих предприятиях в системах индивидуальной очистки СОТС и в централизованных системах.

Известны технологии безотходного применения СОТС и индивидуальные, групповые и централизованные системы применения СОТС [1, стр. 385], включающие приготовление СОТС, подачу к станкам и в зону обработки, сбор загрязненной СОТС, очистку от твердых частиц и свободного масла, антимикробную обработку, стабилизацию компонентного состава, диагностику отработанных ТС для решения о восстановлении или их регенерации и разложения и пр. Непременными элементами технологической цепи являются процессы очистки СОТС от механических примесей, которые являются прежде всего средством повышения долговечности и работоспособности СОЖ и характеризуются используемым оборудованием. В [1, с.387] описана номенклатура из 7 позиций серийно выпускаемых очистителей СОТС. Кроме серийно выпускаемых очистителей такие элементы систем применения СОТС проектируются по индивидуальному техническому заданию предприятия.

Наибольшую технико-экономическую эффективность обеспечивает многоступенчатая очистка СОЖ. При этом очистители разных типов соединяют в комплексы, назначение которых обеспечить требуемый уровень качества (норму) очистки СОЖ на последней ступени. Чаще всего в комплексах использовано последовательное соединение очистителей (полнопоточная очистка). При этом очистку посредством устройств для тонкой очистки осуществляют на последней (завершающей) стадии очистки. В ряде случаев очистители последней ступени для более тонкой очистки СОЖ соединяют параллельно. Опыт показывает, что во всех случаях экономически целесообразно, чтобы тонкость окончательной очистки СОЖ<10 мкм, а степень очистки >95%. При использовании СОЖ дорогостоящих или на финишных операциях, на которых образуется тонкодисперсный шлам, требования к нормам очистки значительно возрастают, т.к. тонкодисперсный шлам является хорошей средой для развития микроорганизмов и поэтому оказывает особо сильное разрушающее действие на СОЖ [2, с. 154-158].

Известен способ двухстадийной очистки СОТС [1, с.401], при котором после операций лезвийной обработки загрязненные СОТС собирают в накопительную емкость, предварительно пропустив поток через фильтр грубой очистки, далее на последней стадии очистки насосом направляют последовательно весь поток обрабатываемого СОТС на устройства тонкой очистки от механических примесей (батарея гидроциклонов 13 и намывной фильтр 7). Чистое СОТС направляют потребителю (подают на станки). В системе дополнительно предусмотрена операция обезвоживания шлама.

При этом используемые устройства очистки (и насосы) и их производительность определяется, исходя из заданной степени очистки и суточной потребности СОТС на предприятии. Производительность процесса очистки прямо связана с габаритами средств очистки. Как правило, баки, фильтры, насосы для централизованных систем применения СОТС имеют большие габариты. Например, емкость бака-отстойника должна превышать минутный расход жидкости в 10-12 раз [1, с.397]. Установка для очистки водных СОЖ на операциях резания имеет габариты 10000х8000х4200, производительность 6000 л/мин, тонкость очистки 30 мкм. Такая же установка на операциях шлифования имеет производительность 3000 л/мин, тонкость очистки до 20 мкм. Для цели увеличения производительности установки комбинируют.

Наиболее близкой изобретению по назначению и достигаемому результату является технология полнопоточной очистки водосмешиваемых СОТС на операциях шлифования на станках классов точности А и С, при которой СОТС собирают в накопительную емкость и последовательно осуществляют очистку полного потока СОТС посредством магнитного сепаратора, фильтра-транспортера грубой очистки, бака-отстойника, сетчатого фильтра и намывного фильтра тонкой очистки на последней стадии очистки. При этом достигаются степень очистки 97-99% и тонкость очистки 3-5 мкм [2, с. 158]. Удаление частиц менее 3 мкм в металлообработке не всегда признается целесообразным, т.к. улучшение степени очистки условно на единицу приводит к увеличению габаритов, трудозатрат и стоимости тонкой очистки на порядок и к малозаметному влиянию на качество обработки заготовок. Оборудование при этом занимает значительные производственные площади, требует соответствующего уровня обслуживания.

Технической задачей изобретения является увеличение производительности процесса очистки технологических жидкостей и одновременно повышение степени очистки жидкостей от твердых частиц, инородных масляных и коллоидных примесей, уменьшение габаритов установки и улучшение условий эксплуатации.

Предлагается способ очистки водосмешиваемых СОТС в системах применения СОТС, при котором осуществляют сбор загрязненных СОТС в накопительную емкость и очистку СОТС посредством магнитного сепаратора, фильтра грубой очистки, бака-отстойника, и на последней стадии очистки посредством фильтра тонкой очистки очищенные СОТС направляют потребителю, отличающийся тем, что часть основного потока СОТС направляют на фильтр тонкой очистки, а с выхода фильтра тонкой очистки эту часть потока смешивают с основным потоком СОТС путем подачи на вход любого звена системы применения СОТС.

Достаточно, что производительность тонкой очистки составляет 1-10% от производительности очистки основного оборотного потока СОТС в системе применения СОТС.

В частности, с выхода фильтра тонкой очистки эту часть потока смешивают с основным потоком СОТС, направляемым потребителю.

В частности, с выхода фильтра тонкой очистки эту часть потока смешивают с основным потоком СОТС путем подачи на вход любой ступени очистки: либо на вход магнитного сепаратора, либо на вход фильтра грубой очистки, либо на вход бака-отстойника.

На чертеже представлена технологическая схема системы применения СОТС, на которой разукрупнена система очистки СОТС. Полнообъемный оборотный поток СОТС обозначен П, а двумя цифрами 10-2, 10-3, 10-4 и т.д. обозначены варианты подключения магистрали для тонкой очистки.

Способ очистки осуществляется следующим образом.

На предприятиях использованные СОТС собирают в накопительную емкость и затем направляют на очистку. Комплекс очистного оборудования зависит от вида металлообработки и может быть различным. В качестве прототипа выбрана технология полнопоточной очистки на операциях шлифования, которая содержит высокие требования к степени и тонкости очистки СОТС. В то же время в результате шлифования использованное СОТС содержит большое количество мелкодисперсных твердых частиц размером 1-10 мкм.

В соответствии с технологической схемой, приведенной на чертеже, из накопительной емкости 1 основной поток СОТС П направляют на операцию магнитной сепарации, где из СОТС сепаратором 2 удаляют ферромагнитные частицы. Фильтром грубой очистки 3 удаляются твердые и коллоидные частицы размером 30-60 и более мкм, степень очистки 95-97%. В баке-отстойнике 4, снабженном, как правило, флотатором, от СОТС отделяют мелкодисперсные взвешенные частицы и масло. Дополнительный сетчатый фильтр устанавливается на всасывающем патрубке каждого насоса. Тонкодисперсный шлам частично уносится из СОТС вместе с пеной и маслом в результате предшествующих операций очистки, но его основная часть удаляется на последней стадии очистки посредством фильтра тонкой очистки.

Для увеличения степени тонкой очистки всего объема СОТС, циркулирующего в системе применения, осуществляют тонкую очистку 1-10% части основного потока СОТС путем организации магистрали тонкой очистки с производительностью очистки 1-10% от производительности очистки основного потока СОТС в системе применения СОТС. С выхода операции очистки СОТС, предшествующей операции тонкой очистки, насос 5 направляет 90-99% основного потока СОТС в систему применения СОТС. Поток СОТС, предназначенный для тонкой очистки, разделяют на два различных по расходу (или производительности обработки) потока:
1. 90-99% основного потока СОТС насос 5 направляет в систему применения СОТС, т.е. в соответствии с технологией: или потребителю оборотного СОТС 6, или на антимикробную обработку 7, или на участок стабилизации компонентов 8 и т.п.; эта часть потока характеризуется высокой степенью очистки от частиц и взвесей размером в среднем более 10 мкм; объем тонкодисперсных частиц в этой части потока очень мал по отношению к объему СОТС, но они полностью здесь присутствуют. Их влияние незначительно на качественные характеристики обработки деталей, но из-за трудности их полного удаления тонкодисперсные частицы проявляют способность к накоплению их в объеме СОТС, что приводит к биопоражению СОТС и сокращению их срока годности.

2. 1-10% основного потока ответвляется для осуществления тонкой очистки.

Покажем, что тонкая очистка части основного потока СОТС практически полностью решает задачу удаления тонкодисперсных частиц из всего объема СОТС. Например, для создания оборота СОТС в системе применения СОТС используется нагнетательное оборудование (центробежный насос 5) производительностью 200-1000 куб.м/час. А в магистрали тонкой очистки установлен насос 9 производительностью 15 куб. м/час. В единицу времени объем тонкой очистки составит 1,5-8% от объема основного оборотного потока СОТС. В течение суток через фильтр тонкой очистки 10 проходит 15х24 часа=360куб.м СОТС. При объеме накопительной емкости, например, 250 куб.м ( в централизованных системах применения СОТС на крупных предприятиях машиностроения) осуществляется 1,5 цикла тонкой очистки всего объема СОТС в сутки.

Уменьшение производительности тонкой очистки СОТС в 10 и более раз по сравнению с оборотом СОТС в системе применения СОТС позволяет:
1. Уменьшить значительно габариты фильтров тонкой очистки и повысить степень тонкой очистки, которая значительно возрастает при уменьшении производительности фильтра.

2. Постепенное, малыми объемами, но непрерывное удаление из системы оборота СОТС тонкодисперсных частиц 3-10 мкм не оказывает заметного влияния на качество обработки заготовок. Но при этом отсутствует накопление частиц в течение срока эксплуатации СОТС и поэтому существенно повышается долговечность и работоспособность СОТС.

3. Предлагаемая технология полностью решает задачу повышения степени и тонкости очистки СОТС, т.к. в течение суток осуществляется один и более циклов тонкой очистки всего обрабатываемого объема СОТС. Так как в непрерывном процессе тонкой очистки участвует часть объема оборотного СОТС и циклически оба процесса между собой не связаны, то из этого следует, что магистраль тонкой очистки СОТС может быть встроена в любой части системы применения СОТС. Как известно, тонкая фильтрация является последней операцией очистки СОТС, но с выхода фильтра тонкой очистки эту часть потока смешивают с основным потокам СОТС в любой точке системы применения СОТС:
а) с выхода фильтра тонкой очистки 1-10% полного оборотного потока СОТС смешивают с основным потоком (на чертеже показан смеситель 11), направляемым потребителю, то есть магистраль тонкой очистки функционирует параллельно основному потоку очищенных СОТС;
б) выход магистрали тонкой очистки может быть подключен (через смесители, на чертеже не показаны) на вход магнитного сепаратора (вариант магистрали для тонкой очистки 10-2); на вход фильтра грубой очистки (вариант магистрали для тонкой очистки 10-3); на вход бака-отстойника (вариант магистрали для тонкой очистки 10-4), - при этом поставленная техническая задача решается равнозначно.

Объем СОТС, направляемый на тонкую очистку, определяется на основе опыта, условий эксплуатации, производительности установок очистки за рабочую смену и соображений целесообразности. При объеме накопительной емкости V, времени работы установок очистки Т производительность обработки всего объема составит минимум V/T. Например, в централизованных системах крупных предприятий V=200 куб.м, Т=16 часов, достаточная производительность тонкой очистки для осуществления одного полного цикла тонкой очистки составит 13-15 куб. м/час. В групповых системах очистки V = 10-12 куб.м, рабочая смена 8 часов, производительность тонкой очистки составит в среднем 1,5 куб.м/час. С увеличением производительности тонкой очистки более 1% увеличивается число циклов тонкой очистки, возрастает скорость выведения тонких частиц из СОТС. При производительности тонкой очистки более 10% габариты фильтров возрастают в большей степени, чем полученное преимущество в степени очистки СОТС. Эффективность неполнопоточной очистки СОТС от тонких частиц (1-3 мкм) тем выше, чем меньше скорость их накопления в жидкости. Скорость удаления тонких частиц должна в 3-5 раз быть больше скорости накопления.

Источники информации
1. Смазочно-охлаждающие технологические средства для обработки металлов резанием: Справочник / Под общ. ред. С.Г.Энтелиса, Э.М.Берлинера. - М.: Машиностроение, 1995.

2. Бердичевский Е.Г. Смазочно-охлаждающие технологические средства для обработки материалов: Справочник. - М.: Машиностроение, 1984.

Изобретение относится к области очистки смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС), содержащих механические примеси (шлифовальный шлам, стружка и пр.) и инородные включения (колонии бактерий), и может быть использовано на металлообрабатывающих предприятиях как в системах индивидуальной очистки СОТС, так и в централизованных системах. Загрязненное СОТС собирают в накопительную емкость, последовательно направляют на магнитный сепаратор, фильтр грубой очистки, бак-отстойник, дополнительный, например сетчатый фильтр и фильтр тонкой очистки, очищенное СОТС направляют потребителю, при этом на тонкую фильтрацию направляют только часть основного потока СОТС, а с выхода фильтра тонкой очистки эту часть потока смешивают с основным потоком СОТС путем подачи на вход любого звена системы применения СОТС. Изобретение позволяет увеличить производительность процесса очистки технологических жидкостей, повысить степень очистки жидкостей от твердых частиц, инородных масляных и коллоидных примесей, уменьшить габариты установки и улучшить условия эксплуатации. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ очистки водосмешиваемых смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС) в системах применения СОТС, при котором осуществляют сбор загрязненных СОТС в накопительную емкость и очистку СОТС посредством магнитного сепаратора, фильтра грубой очистки, бака-отстойника и на последней стадии очистки посредством фильтра тонкой очистки, очищенные СОТС направляют потребителю, отличающийся тем, что часть основного потока СОТС направляют на фильтр тонкой очистки, а с выхода фильтра тонкой очистки эту часть потока смешивают с основным потоком СОТС путем подачи на вход любого звена системы применения СОТС. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что производительность тонкой очистки составляет 1-10% от производительности очистки основного потока СОТС. 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что с выхода фильтра тонкой очистки эту часть смешивают с основным потоком СОТС, направляемым потребителю. 4. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что с выхода фильтра тонкой очистки эту часть потока смешивают с основным потоком СОТС путем подачи на вход любой ступени очистки.