MĚŘENÍ PRŮHYBU FILTRAČNÍ TKANINY

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ ÚSTAV KONSTRUOVÁNÍ FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING INSTITUTE OF MACHINE AND INDUSTRIAL DESIGN

MĚŘENÍ PRŮHYBU FILTRAČNÍ TKANINY MEASUREMENT OF DEFLECTION OF FILTRATION FABRIC

BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR'S THESIS

AUTOR PRÁCE

ONDŘEJ BAŇOCH

AUTHOR

VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR

BRNO 2013

doc. Ing. JAN BRANDEJS, CSc.

ABSTRAKT Tato bakalářská práce se zabývá měřením průhybu filtračních tkanin segmentu rotačních diskových filtrů. Výstupem práce je závislost průhybu tkaniny na tlaku při různém předpětí. První část pojednává o typech používaných filtračních zařízení a jejich funkci. Dále se práce zaměřuje především na rotační diskové filtry a zejména pak na rotační část zařízení. V následující části jsou popsány materiály filtračních tkanin, způsoby jejich výroby a zkoušení některých vlastností. Dále je provedeno samotné měření průhybu tkanin s popisem použitého měřícího přípravku a postupu měření. Poslední část je věnována zhodnocení výsledků měření a jejich aplikaci při výrobě.

KLÍČOVÁ SLOVA diskový filtr, rám, segment, filtrace, filtrační tkanina, materiály filtračních tkanin, průhyb

ABSTRACT This bachelor thesis deals with measurements of deflection of filter fabrics of rotating disc filters segment. The main goal is established dependence of deflection of filter fabrics of the pressure at different preload. First part reviews different types of filter devices and their functions. Main focus is on rotation filter discs and their rotation parts. In the next part different filter fabrics are described, different ways of their production and examination of some of their characteristics. The measurements of deflection of fabrics are documented as well as used methodology. In the final part the data obtained from the measurements are evaluated and possible application in manufacture is discussed.

KEYWORDS disc filter, frame, segment, filtering, filter fabric, materials of filter fabrics, deflection

BIBLIOGRAFICKÁ CITACE BAŇOCH, O. Měření průhybu filtrační tkaniny. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, 2013. 54 s. Vedoucí bakalářské práce doc. Ing. Jan Brandejs, CSc..

ČESTNÉ PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci „Měření průhybu filtrační tkaniny“ vypracoval samostatně pod vedením doc. Ing. Jana Brandejse, CSc. a uvedl v seznamu zdrojů všechny použité literární a odborné zdroje. V Brně, dne 17. května 2013

__________________________ vlastnoruční podpis autora

PODĚKOVÁNÍ Tímto bych chtěl poděkovat panu doc. Ing. Janu Brandejsovi, CSc. za odborné vedení, podmětné připomínky, pomoc při měření a další cenné rady, kterými mi pomohl k vypracování bakalářské práce. Dále bych chtěl poděkovat především mé rodině, přítelkyni a přátelům za to, že mi byli během studia oporou.

OBSAH

OBSAH ÚVOD 1 PŘEHLED SOUČASNÉHO STAVU POZNÁNÍ 1.1 Rotační diskové filtry 1.1.1 Princip funkce 1.1.2 Výhody diskových filtrů 1.1.3 Typy diskových filtrů 1.1.4 Tvary segmentů a jejich uchycení 1.1.5 Uchycení filtrační tkaniny na rám segmentu 1.1.6 Materiály a konstrukce rámů segmentů 1.2 Rotační bubnové filtry 1.2.1 Princip funkce 1.3 Pásové filtry 1.4 Filtrační tkaniny 1.5 Příze 1.5.1 Typy příze 1.6 Typy vazeb tkanin 1.6.1 Plain (plátnová vazba) 1.6.2 Basket (košíková vazba) 1.6.3 Twill (keprová vazba) 1.6.4 Satin (atlasová vazba) 1.7 Typy materiálů tkanin 1.7.1 Polyester (PET) 1.7.2 Polypropylen (PP) 1.7.3 Polyamid (PA) 1.7.4 Polyvinylalkohol - Polyaramid (PVA) 1.7.5 Detaily vlastnosti tkanin 1.8 Měření některých mechanických vlastností tkanin 1.8.1 Propustnost dle ASTM D 4491 1.8.2 Trhací zkouška 2 CÍL PRÁCE, VĚDECKÁ OTÁZKA A PRACOVNÍ HYPOTÉZA 2.1 Cíl práce 2.2 Formulace řešeného problému 2.2.1 Hydrostatický tlak 2.3 Vědecká otázka 2.4 Pracovní hypotéza 3 MATERIÁL A METODY 3.1 Materiály měřených tkanin 3.2 Přípravek 3.2.1 Technické parametry 3.2.2 Princip funkce přípravku 3.2.3 Předpětí 3.2.4 Příprava vzorku 3.2.5 Okraje tkaniny 3.2.6 Napínací mechanismus 3.2.7 Ocelové profily s kruhovým průřezem 3.3 Měření 4 VÝSLEDKY

13 15 15 15 16 17 17 20 21 22 23 24 24 24 25 26 26 27 27 27 28 28 28 29 29 30 31 31 32 34 34 34 34 35 35 36 36 36 37 37 39 39 41 41 42 42 43

strana

11

OBSAH

4.1 Určení místa největšího průhybu 4.2 Měření průhybu 5 DISKUZE 6 ZÁVĚR 7 SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ 8 SEZNAM OBRÁZKŮ A GRAFŮ 9 SEZNAM TABULEK 10 SEZNAM PŘÍLOH

strana

12

43 43 45 46 47 51 53 54

ÚVOD

ÚVOD Se zvyšujícím se množstvím odpadních a průmyslových kapalin, rostou i nároky na jejich na jejich restituci. Použitím vhodného způsobu řešení lze docílit značných finančních a časových úspor. Jako rychlé a kvalitní řešení, založené na mechanickém způsobu čištění, se nabízí využití filtračních zařízení s filtračními tkaninami. V současnosti se většina takovýchto řešení soustřeďuje na starý kontinent. Na trhu je k dispozici celá řada konstrukčních řešení, omezených však pouze na pár základních principů. Zejména se bude práce zabývat rotačními diskovými filtry vzhledem k jejich vazbě na zadání bakalářské práce. Obecně však všechny běžné filtrační zařízení využívají jako tzv. hybnou sílu tlakovou diferenci. Ta je v případě diskových filtrů zprostředkována rozdíly vstupních a výstupních hladin, což má za následek vznik hydrostatického tlaku. V kontextu rotačních diskových filtrů, to lze chápat jako výhodu, nesmíme však přehlédnout i negativní dopady, které jsou s tím spojeny. Průhyb může mít fatální následky pro provoz zařízení, v případě, kdy by se prohnutá tkanina zachytila o vnitřní části zařízení a s velkou pravděpodobností se tím poškodila. Případně by došlo k delaminaci vzhledem k rámu segmentu a filtrovaná kapalina by tak kontaminovala i přefiltrovanou kapalinu. Důsledky mohou být nedozírné, je proto více než vhodné kontrolovat i okamžitý stav přefiltrované kapaliny a v případě potřeby izolovat výstupní soustavu od navazujícího kapalinového systému. Celé měření a výzkum jsou řešené v rámci projektu „Diskové filtry pro ČOV - MPO: FR-TI3/699“. Výsledky měření budou využity pro návrh a výrobu modulárního filtračního zařízení určeného k čištění odpadních vod. Důraz je kladen především na tkaniny s vysokou filtrační přesností.

strana

13

PŘEHLED SOUČASNÉHO STAVU POZNÁNÍ

1


1.1 Rotační diskové filtry V současnosti se diskové filtry používají k čištění odpadních vod menších měst a obcí, ale zároveň se diskových filtrů využívá i pro čištění průmyslových kapalin. Principem fungování je průtok odpadní kapaliny přes porézní tkaninu – filtr. Při průchodu suspenze přes filtrační zařízení dojde k oddělení pevných částí od kapaliny, která může být dále zpracována. Filtrační přesnost takto upravené kapaliny je velmi důležitá. Při průmyslové aplikaci může filtrace značně prodloužit životnost jednotlivých zařízení a snížit tím tak náklady na jejich případnou opravu či odstávku.

1

1.1

Mezi konvenční způsoby filtrace patří:  filtrace sedimentováním  filtrace přes pískový filtr Největšího zastoupení dosahují diskové filtry v Evropě asi 62 %, dále následuje Severní Amerika 19 %, Asie 11 % a zbylá část produkce zařízení se dělí do ostatních kontinentů [1]. Mezi přední výrobce patří [2]:  Hydrotech  Siemens  Losma  Idrosid

1.1.1

Princip funkce Diskové filtry pracují na principu, kdy znečistěná kapalina vtéká vtokovou soustavou do bubnu diskového filtru a následně vtéká do jednotlivých filtračních segmentů. Dále pak gravitačně protéká přes filtrační tkaninu do výstupní nádrže, kde funkce filtru končí a přefiltrovaná kapalina pokračuje dále do systému. K rozpoznání momentu zanesení tkanin slouží čidla propojená s PLC jednotkou a umístěná ve vnitřní rotační částí zařízení a ve výstupní nádrži [3]. Za pomoci čidel se měří maximální výška hladiny ve vtokové soustavě, která se s postupným zanášením filtrů zvyšuje, a výška přefiltrované kapaliny. Jednoduchým nastavením PLC jednotky je dosaženo automatického čištění filtračních segmentů, kdy v momentě dosažení maximálního rozdílu hladin, PLC (Programmable Logic Controller) jednotka provede otočení celého diskového filtru, který je následně z vnější strany osprchován tlakovou kapalinou, nejčastěji vodou. Po pootočení diskového filtru klesne hladina ve vtokové soustavě na povolenou hodnotu. Značnou výhodou využití PLC je jeho vysoká spolehlivost [4], která předchází havarijním stavům. Dle konstrukčního řešení se často můžeme setkat s konstantní hladinou přefiltrované kapaliny, která je zajištěna vodním přepadem ve výstupní nádrži. Tlakovou sprchou dojde k vyčištění filtrační tkaniny, přičemž se usazené částice z filtrační tkaniny zachytí v kalovém žlabu a přebytečná kapalina odtéká do proplachového odpadu a následně se mísí se znečištěnou kapalinou. Celý proces se nadále opakuje [5].

1.1.1

strana

15


Obr. 1.1 Diskový filtr - Hydrotech [6]

Obr. 1.2 Siemens PLC (Programmable Logic Controller) [7]

Obr. 1.3 Hydrotech – číštění filtrační tkaniny tlakovou kapalinou [8]

1.1.2 Výhody diskových filtrů Aplikací diskových filtrů získáme mnoho výhod. Použitím diskových filtrů se dosáhne oproti jiným způsobům delší životnosti zařízení, díky menšímu počtu pohybujících se částí. Při samočištění diskových elementů, nedochází k zastavení činnosti zařízení, které je tak kontinuálně v provozu. Při nutnosti výměny jednotlivých elementů se element jednoduše vyjme z rámu a nahradí segmentem novým. To vše se děje bez odstávky zařízení. Diskové filtry jsou až o 75% menší než

strana

16


pískové filtry [8]. Průměrná životnost používaných filtračních tkanin se pohybuje od 18 měsíců do 3 let v závislosti na pracovním prostředí. 1.1.3 Typy diskových filtrů K výrobě diskových filtrů se používají různé materiály, nejčastěji však bývá nádrž vyrobena z korozivzdorné oceli, případně je rotační element vsazen do vybetonované nádrže. K dispozici jsou však i řešení, kdy je nádrž vyrobena z uhlíkové oceli nebo sklolaminátu či neobsahuje žádnou nádrž [9], [10].

1.1.3

Obr. 1.4 Hydrotech – diskový filtr bez nádrže [10]

Obr. 1.5 Hydrotech – Diskový filtr s nádrží [10]

1.1.4 Tvary segmentů a jejich uchycení V současnosti se používá více tvarů výměnných filtračních segmentů a způsobů jejich čištění. V zásadě se lze setkat se dvěma tvary, které používá většina výrobců. Jejich tvar je na Obr. 1.6 a Obr. 1.7. Tvarové provedení, které je na Obr. 1.6 však pomáhá k lepšími odvedení pevných látek během tlakového čistění – viz Obr. 1.8.

Obr. 1.6 Tvar segmentu a jeho umístění na buben patentovaný v USA [11]

1.1.4

Obr. 1.7 Tvar segmentu patentovaný rovněž v USA [12]

strana

17


Obr. 1.8 Schéma odvodu pevných částic při tlakovém čištění [13]

Všechny typy lze však opatřit širokou škálou filtračních tkanin. Samotné segmenty, které jsou umístěny na plastovém, ale i kovovém rámu, jsou vkládány do drážek umístěných na rotačním bubnu (Obr. 1.9) a jsou pak z vrchní části zajištěny plastovou či kovovou lištou, která je přichycena dvěma šrouby k bočnímu vedení Obr. 1.10.

Obr. 1.9 Uchycení segmentu – boční vedení [12]

Obr. 1.10 Konstrukce pro uchycení filtračních segmentů na rotační buben [12]

Boční vedení se připevňuje k rotačnímu bubnu - Obr. 1.11, Obr. 1.12, který má charakter podpěry. V jeho vnitřní části se nachází vtoková soustava a kalový žlab. Buben je podepřen na obou koncích, z nichž jeden je připojen nepřímým stykem k motoru.

strana

18


Obr. 1.11 Schéma umístění různých typů segmentů na buben diskového filtru [14]

Obr. 1.12 Schéma přichycení bočního vedení na buben diskového filtru [14]

Obr. 1.13 Buben diskového filtru firmy NFM [15]

strana

19


1.1.5

Uchycení filtrační tkaniny na rám segmentu

Lepení Pro připevnění filtrační tkaniny se používá řada metod, tou nejběžnější je předepnutí tkaniny na předem danou hodnotu a následné přilepení na bok rámu výměnného segmentu. Tohoto způsobu se užívá, jestliže je filtrační tkanina z textilního či plastového materiálu. Tímto se docílí výrazně lehčí a levnější konstrukce, která je zároveň odolnější vůči korozi. Negativem této metody je nutnost častější výměny segmentu v důsledku omezené životnosti spoje. Během provozu má tkanina, vlivem hydrostatického tlaku, tendenci odtrhnout se od rámu segmentu (delaminace). Zejména tímto trpní tzv. microfiltrační tkaniny (microfilter cloth). Aby se tomuto zabránilo, používá se specifický postup lepení, kdy je lepená plocha rámu umístěna co nejpřesněji do vodorovné polohy, čímž se omezí zhoršení těsnosti spoje [16]. Typy lepidel Používá se vhodný způsob lepení vzhledem k lepeným materiálům. K lepení se zásadně nepoužívají epoxydová lepidla, které mají špatnou soudržnost slepeného povrchu (delaminace) [17]. Svařování V určitých případech je nutná volba filtrační tkaniny z kovových materiálů. Poté se upouští od lepeného spojení a tkanina se po předepnutí přivaří na rám segmentu. Omezení však spočívá v nutnosti použití vhodných rámů. Filtrační vak Další způsob, který však nebývá příliš běžný, je navlečení filtračního vaku na rám filtračního segmentu. Filtrační vak je po stranách sešitý, pouze vrchní díl je opatřen suchým zipem či zipem, potřebným pro uzavření filtračního vaku - Obr. 1.14. Uzavření vaku lze také provést dodatečným sešitím, tento způsob však zvyšuje technologickou náročnost a nákladnost. Aby se zabránilo trhání švů tkaniny, jsou švy podlepeny a na výsledný šev je znovu naneseno lepidlo. Tím se dosáhne eliminace nežádoucího propouštění filtrované kapaliny skrze švový spoj. Tohoto způsobu se převážně využívá pro značně znečištěné kapaliny a může tak tvořit předstupeň konečné filtrace – Obr. 1.15.

strana

20


Obr. 1.14 Filtrační vak firmy NFM [18]

Obr. 1.15 Filtrace silně znečištěné kapaliny [18]

1.1.6 Materiály a konstrukce rámů segmentů

1.1.6

Rámy z nerezové oceli Při použití rámů z nerezové oceli se výroba značně prodražuje. Ať už jde o materiál samotný nebo o způsob výroby rámu. Rám se zpravidla svařuje ze dvou částí, které po svaření bez dodatečné úpravy povrchu lepené plochy nedosahují potřebné rovinnosti a struktury povrchu. Je tedy nutné výsledný svarek dále zpracovat a to i z důvodu toho, aby lepidlo dostatečně ulpívalo na povrchu. Toho se dosahuje zpravidla otryskáním, což má ovšem za následek zhoršení rovinnosti plochy. Je tedy nutné dosáhnout jakéhosi kompromisu mezi technologickými úpravami. Taktéž je nutné dosáhnout potřebného odjehlení hran rámu, aby nedošlo k protržení tkaniny. Rámy z nerezavějící oceli mají omezenou odolnost vůči korozi v různých prostředí, proto se umísťují do takových prostředí, kde je jejich odolnost dostatečná.

strana

21


Mohou však pracovat ve specifických podmínkách, kde by rámy ze skleněných vláken neobstály, např. prostředí s vysokou teplotou [16]. Rámy ze skleněných vláken Lepení tkanin na rámy ze skelných vláken je taktéž problematickou záležitostí, neboť se rám skládá z více částí, a přesto je nutné dosáhnout potřebné rovinnosti lepené plochy. Stejně tak potřeba předepnout rám skleněného vlákna je finančně náročná záležitost, nákladnější než rám vyrobený z nerezové oceli. Takový materiál snáší podstatně nižší zatížení, a protože je nutné dosahovat stejných hodnot zatížení u obou materiálů konstrukce, je potřeba zvětšit rozměry profilů rámu. Výsledkem je pak přibližně stejná váha. Snaha je tedy dosáhnout co nejmenší váhy, aby se snížilo zatížení na ložiska a výkon potřebný pro ovládání celé diskové jednotky. V důsledku toho se výrobci snaží jít cestou zvyšování kapacit diskových filtrů, kde se s rozšiřující kapacitou projevuje nárůst hmotnosti nelineárně [16]. Výhodou rámů ze skleněných vláken je jejich odolnost zejména vůči chemické korozi. Rámy ze slitin hliníku Obecně se výrobci snaží snížit hmotnost rámu a zvýšit spolehlivost uchycení filtrační tkaniny. Vývoj se zaměřuje na vyrobení univerzálního diskového filtru, který bude odolávat většině prostředí. Toho se snaží dosáhnout použitím hliníkových slitin, kde je ovšem nákladné svařit jednotlivé profily. Další zpracování pak může být eloxování, kde na povrchu vznikají oxidy hliníku (Al2O3), pokovování niklem, chromátování, alitování, apod. Další možností je výroba rámů jako monolit. Odlévají se i jiné lehké kovy a dále se dokončují pro svoji korozivzdornost. Nespornou výhodou je stabilita jednotlivých segmentů a celková hmotnost diskového filtru, čímž má hřídel podstatně delší živost pro mezní stav statické únavy. Výsledný odlitek pak vykazuje podstatně lepší rozměrové přesnosti, absenci otřepů, přilnavější povrch, takže je možné vynechat některé technologické operace. Ovšem žádnou technologickou operací by nebylo možné dosáhnout takové přilnavosti lepidla jako ve výše uvedeném případě. Výsledné náklady na produkci takových rámů jsou pak nezanedbatelně vyšší [18]. U všech výše jmenovaných způsobů jsou na jednotlivých segmentech na vnější straně umístěny po obou stranách těsnění, aby se zabránilo kontaminaci přefiltrované kapaliny filtrovanou kapalinou.

1.2 Rotační bubnové filtry Jejich výhodou je schopnost filtrovat značně znečištěnou kapalinu s velkým množstvím pevných částic. Během jejich provozu je však nutné takřka kontinuálně otáčet bubnovým filtrem a tlakovou kapalinou čistit zanesenou tkaninu. Oproti rotačním diskovým filtrům umožňují snazší čištění silného zanesení filtračních tkanin. V důsledku toho je zařízení značně závislé na zdroji elektrické energie. Celková plocha filtračních tkanin v bubnových filtrech je v porovnání s diskovými strana

22


filtry výrazně menší, proto při použití tkanin se stejnou propustností dosáhneme nižšího průtoku kapaliny a tedy nižšího filtračního výkonu zařízení [19]. 1.2.1 Princip funkce Zařízení pracuje na stejném principu jako diskové filtrační jednotky. Znečištěná kapalina vtéká vtokovou soustavou do vnitřní části bubnu, kde gravitačně protéká skrze filtrační tkaninu. Zanesení filtračních tkanin se kontroluje dle rozdílu výšek hladin na vstupu a výstupu. V okamžiku maximálního přípustného rozdílu hladin dojde k otočení bubnu a ostřikem tlakovou kapalinou se usazené částice na vnitřní straně bubnu vhánějí do kalového žlabu. Následně se kapalina odvádí do proplachového odpadu a dále se mísí s filtrovanou kapalinou [19].

1.2.1

Obr. 1.16 Schéma rotačního bubnového filtru firmy Hydrotech [20]

Obr. 1.17 Schéma čištění a odvodu pevných části do kalového žlabu [21]

strana

23


1.3 Pásové filtry Pásových filtrů se využívá zejména pro odstranění plovoucích látek, kalů a třísek z kapaliny. Mohou tak najít uplatnění při filtraci ocelových třísek z chladících, mazacích kapalin při obrábění. Dále například při zadržování neutralizačních kalů a úpravě odpadních vod [22]. Během provozu filtrační jednotky, dochází ke stálému pohybu filtrační tkaniny.

Obr. 1.18 Schéma pásového filtračního zařízení [23]

1.4 Filtrační tkaniny Práce se zabývá především tkaninami, které jsou z materiálů jako polyester, polyamid, polyester, tedy obecně microfiltrační tkaniny, což má návaznost na měření právě tohoto typu tkanin. V kapitole 1.1 ROTAČNÍ DISKOVÉ FILTRY, jsou však zmíněny ostatní varianty, kdy se používají materiály textilních tkanin či kovové filtrační segmenty, nejsou však etalonem nejčastějšího užití. Spektrum výrobců je velmi omezené, v podstatě se celosvětovou produkcí těchto materiálů zabývá pouze několik výrobců. Mezi přední výrobce patří:  Sefar  Monodur  Durotex  Filtratex  HHH TECHNOLOGY CO. Při výběru správné tkaniny je nutné klást důraz na pracovní prostředí, zejména pak chemickou vhodnost tkaniny, tepelnou odolnost a znečištění filtrované kapaliny, tedy jakou zvolit jemnost filtrační tkaniny. V závislosti na výše uvedených parametrech a velikosti filtrační jednotky jsme schopni určit maximální průtok diskovým filtrem.

1.5 Příze Filtrační tkaniny se vyrábějí z příze, což je dlouhá souvislá textilie z jednoho nebo více kusů propletených vláken. Jednotlivá vlákna mohou být přírodního původu strana

24


nebo syntetického. Studiem vlastností a zpracování příze dosáhneme vhodnějšího zvolení filtračních tkanin, které tak mohou využít svého potenciálu. Významnou roli, která určuje výsledný charakter tkaniny, hrají vlastnosti příze, tkaniny a povrchové úpravy textilie. Tímto a dalším se zabývá např. organizace IFC (Industrial Fabrics Corporation). Na základě jejich dlouholetých zkušeností a znalostí je možné získat představu o tom, jakou měrou nám jednotlivé proměnné ovlivňují požadované parametry, jako je průtok filtrované kapaliny, jasnost a suchost tkaniny, odolnost proti zanášení, apod. Následně jsme schopni zvolit nevhodnější filtrační tkaninu pro optimalizaci výkonu filtrační jednotky. Výsledná struktura tkaniny je určena typem a velikostí příze, počtem vláken a vzorem tkaniny [24]. 1.5.1 Typy příze

1.5.1

Monofilament (monofilní vlákno) Monofilní příze je tvořena jedním souvislým vláknem (filament – vlákno neomezené délky), které má relativně hladký povrch. Takové vlákno může být různé velikosti v závislosti na velikosti tvořícího otvoru. Velikostí se myslí průměr vlákna v rovině řezu kolmé k ose vlákna. Velikost používaných vláken se pohybuje od 0,025 mm do 0,051 mm [24].

Obr. 1.19 Monofilament [24]

Multifilament (multifilní vlákno) Tento typ příze tvoří více než jedno vlákno (filament), taková příze se vyrábí protlačováním skrze tvořící otvor, kde vzniká více vláken současně. Různé velikosti příze jsou vyjádřeny v jednotkách tzv. denier. 1 denier představuje hmotnost 9 kilometrů příze v gramech nebo také hmotnost 0,111 miligramu při délce 1 metr. Příze toho typu se obecně používá pro výrobu filtračních tkanin, kde je požadavek na hladký povrch a poměrně těsnou vazbu textilie. Délková hustota se pohybuje od 40 denier do 10 000 denier [24].

Obr. 1.20 Multifilament [24]

strana

25


Obr. 1.21 Zobrazení tkanin multifilament – vlevo a monofilament – vpravo [25]

Spun Příze je tvořena vlákny, které byli naděleny na krátké části a následně zkrouceny dohromady. Výsledná tkanina z takovýchto vláken je pak charakteristická hustým, chlupatým povrchem a je vhodná k filtraci prachu, případně k filtraci velmi jemných částic v kapalině. Hodnoty délkové hustoty se pohybují od 40 denier do 10 000 denier [24].

Obr. 1.22 Spun [24]

1.6 Typy vazeb tkanin Tkanina je prostorový útvar složený z osnovných (podélných) nití a útkových (příčných) nití. Obě tyto příze jsou vzájemně provázené vazbou a jsou na sebe kolmé. Při spřádání nití existují prakticky tři základní vazby, a sice plátnová, atlasová a keprová [26]. 1.6.1 Plain (plátnová vazba) Jedná se o základní vazbu tkaniny, která má ze všech vazeb nejhustší možné provázání. Je to tzv. vazba oboulícní neboli oboustranná vazba, kdy bez dodatečných úprav má líc tkaniny stejnou texturu jako rub [27].

strana

26


Obr. 1.23 Plátnová vazba [24]

1.6.2 Basket (košíková vazba) Košíková vazba je velmi podobná plátnové vazbě, jediný rozdíl je počtu spřádaných nití najednou. U košíkové vazby se nahrazuje každá nit dvěma, vzniká tak jakoby dvojitý vzor [24]. 1.6.3 Twill (keprová vazba) Keprová vazba je charakteristická šikmým řádkováním, které může být provedeno v pravém (označení Z) nebo levém (označení S) směru řádků. U keprové vazby mohou převládat osnovní nebo útkové nitě, což je zřejmé dle značení vazby. Např. označení K 3/1 vyjadřuje 3 nitě, které jsou z vnější strany a 1, která je vložena. U keprové vazby během proudění media skrze tkaninu dochází k zvyšováním počtu pórů tkaniny vlivem pohybu volných úseků nití. V důsledku toho má pak keprová vazba vyšší prodyšnost než plátnová, ale nižší než atlasová vazba [28].

1.6.2

1.6.3

Obr. 1.24 Keprová vazba [24]

1.6.4 Satin (atlasová vazba) Atlasová vazba se vyznačuje svojí hladkostí, leskem a jemným řádkováním v obou směrech nití. Při proudění média dochází opět ke zvyšování počtu pórů. Vzhledem k tomu, že pohyb volných úseků nití je větší, vykazuje atlasová vazba výbornou prodyšnost [28].

1.6.4

Obr. 1.25 Atlasová vazba [24]

strana

27


1.7 Typy materiálů tkanin 1.7.1 Polyester (PET) Polyesterové filtrační tkaniny jsou tvořeny polyesterovým vláknem (PET) a lze je rozdělit do tří skupin: a) PE spun b) PE monofilament fabrics (tkanina s monofilními vlákny) c) PE multifilament fabrics Tyto tkaniny vynikají svojí výbornou odolností vůči kyselinám, okysličování, zadržování vlhkosti, jsou uspokojivé vůči slabě zásaditým kapalinám a mají stálé vlastnosti do teploty 130 °C. Tyto charakteristiky je předurčují k použití ve farmaceutickém a chemickém průmyslu. Mohou být použity pro výrobu kalolisů, odstředivých a vakuových filtrů. Filtrační přesnost takové tkaniny může dosahovat až 5 μm [29].

Obr. 1.26 Detail vzorku tkaniny PET [30]

1.7.2 Polypropylen (PP) Tkaniny z polypropylenových vláken mohou být vyráběny jako: a) PP spun b) PP monofilament fabrics c) PP multifilament fabrics d) PP multifilament/monofilament fabrics – tkaniny se vyrábějí kombinací vláken z mono a multi filamentů Podobně jako polyesterové tkaniny mají výbornou odolnost proti kyselému prostředí a uspokojivou odolnost vůči zásadám. Dále však vynikají svojí nízkou hmotností vzhledem k hustotě vláken na jednotku plochy. V porovnáním s PET je jejich maximální pracovní teplota 90°C a k tavení dochází při teplotě 142 až 146 °C. Nejčastěji se používají v průmyslu chemickém, farmaceutickém, potravinářském, při chemickém barvení, výrobě hnojiv, čištění odpadních vod, hutnictví, apod. Takové filtry dosahují poměrně vysoké filtrační přesnosti až 1 μm [31].

strana

28


Obr. 1.27 Detail vzorku tkaniny PP [32]

1.7.3 Polyamid (PA) Polyamidové tkaniny mohou být vyráběny jako: a) PP spun fabrics b) PP monofilament fabrics c) PP multifilament fabrics d) PP multifilament/monofilament fabrics

1.7.3

Polyamidový materiál vykazuje nízkou odolnost vůči kyselému prostředí, ovšem dobrou vůči silně zásaditému prostředí, dále pak odolává abrazivnímu prostředí (otěr) a má dobrou odolnost proti zadržování vlhkosti a okysličování. Dokáží snášet velká zatížení a v porovnání s PET mají nižší hmotnost asi o 30 %. Zároveň je takový materiál schopný pracovat při teplotách až 130 °C, k jeho tavení dochází za poměrně vysokých teplot 215 až 250 °C. Hlavní použití představuje chemický a důlní průmysl, filtrace při výrobě stavebních materiálů a čištění odpadních vod. Používá se pro tlakové, vakuové, diskové a odstředivé filtrační zařízení. Přesnost filtrování dosahuje až 5 μm [33].

Obr. 1.28 Detail vzorku tkaniny PA [34]

1.7.4 Polyvinylalkohol - Polyaramid (PVA) V současnosti mohou být PVA tkaniny vyráběny pouze jako: a) PVA spun fabrics

1.7.4

strana

29


Tyto tkaniny mají dobrou odolnost vůči zásaditému prostředí. K jejich „změknutí“ dochází při teplotách 220 až 230 °C a jejich stálá pracovní teplota je 200 °C. K hlavním výhodám patří dobrá absorpce vlhkosti, odolnost proti abrazi (otěr) a malé prodloužení. Díky tomu se používají zejména pro tlakové filtry. Elastické prodloužení je v rozmezí 12 až 25 %. K nevýhodám se řadí kontrakce tkaniny v kyselém prostředí při teplotách okolo 100 °C [35].

Obr. 1.29 Detail vzorku tkaniny PVA [36]

1.7.5 Detaily vlastnosti tkanin V následují tabulce je přehled možného použití nejčastěji využívaných typů tkanin firmy Filtratex v závislosti na charakteru pracovního prostředí.

Obr. 1.30 Přehled použití filtračních tkanin firmy Filtratex [24]

strana

30


V následující tabulce je přehled materiálových charakteristik nejčastěji používaných typů tkanin firmy Filtratex.

Obr. 1.31 Přehled materiálových charakteristik nejpoužívanějších typů filtračních tkanin [24]

1.8 Měření některých mechanických vlastností tkanin 1.8.1 Propustnost dle ASTM D 4491 Následující jednoduchá, ale kvalitní metoda slouží ke stanovení kvality filtrační tkaniny. Propustnost měřená touto metodou je vyjádřena v milimetrech tlakové ztráty v závislosti na rychlosti proudění (10 mm/s) [37]. Zařízení pracuje na principu rozdílů tlaků kapaliny pod a nad měřenou tkaninou. V levé horní části (Obr. 1.32) můžeme vidět nádobu naplněnou kapalinou s konstantní hladinou, ta je zajištěna přepadem a přítokovým ventilem. Kapalina působí na tkaninu hydrostatickým tlakem. Tlak kapaliny pod a nad tkaninou se liší o hodnotu výškového rozdílu stupnice manometru (kalibrován v mm vodního sloupce). Průtok kapaliny se reguluje výstupním ventilem, kde je normovaná rychlost na výtoku 10 mm/s. Rychlost na výstupu se měří nepřímou metodou dle vzorce . / , kde V je objem kapaliny v odměrném válci [mm3], D je . . . průměr filtrační tkaniny [mm] a t je čas měření [s]. Množství přefiltrované kapaliny se na výstupu měří odměrným válcem, případně tzv. kýblovou metodou, kdy měříme hmotnost přefiltrované kapaliny. Ze znalosti výškových rozdílů z manometrů a tedy znalosti tlakového spádu, pak vypočítáme propustnost tkaniny pomocí vzorce . / , kde L je tloušťka tkaniny [mm], v je rychlost na výstupu [mm/s] a Δh je tlakový rozdíl odečtený na manometrech [mm] [38].

1.8

1.8.1

strana

31


Obr. 1.32 Měřící zařízení TNZ T/07 – metodou ASTM D-4491 [38]

1.8.2 Trhací zkouška Základní charakteristikou pro většinu tkanin je mez pevnosti. Její měření, spolu s dalšími mechanickými vlastnostmi, se provádí pomocí trhacích zařízení tzv. trhaček. Jejich princip je stejný jako při měření mechanickým vlastností kovových materiálů, kdy je vzorek namáhaný tahovým zatížením. Textilní materiály mají stejné charakteristiky jako kovové materiály, např. mez pevnosti, modul pružnosti v tahu, apod. Výsledný tahový diagram je výrazně ovlivňován dobou zatěžování. Pro transparentnost výsledků měření se rychlost zatěžování a ostatní parametry řídí příslušnými normami (ČSN 80 0812, ČSN 80 0841, ČSN 80 0700, ČSN 80 0842, ČSN 80 0810, …) [39], [40]. Z hlediska uchycení vzorků se používají dvě metody a sice [41]:  metoda Strip – celá šíře zkušebního vzorku je upnuta v čelistech  metoda Grab – pouze střední část vzorku je upnuta v čelistech Deformace, které mohou u textilií nastat, jsou následující [42]:  elastická deformace – oblast Hookova zákona  zotavená (viskoelastická) deformace – k zotavení materiálu nedochází ihned po odlehčení, ale s určitým časovým odstupem  plastická deformace - deformace je trvalá a dokonale nepružná

strana

32


Obr. 1.33 Schéma trhacího stroje [42]

Obr. 1.34 Upnutí vzorku metodou Strip [40]

Obr. 1.35 Trhací zařízení LabTest 2.05 [40]

strana

33

CÍL PRÁCE, VĚDECKÁ OTÁZKA A PRACOVNÍ HYPOTÉZA

2


2.1 Cíl práce Cílem bakalářské práce je měření průhybu filtrační tkaniny diskového filtru pro konkrétní tvar segmentu dle zadání. Měření bude probíhat pro 3 vzorky filtračních tkanin a výstupem bude průběh tlaku v závislosti na průhybu. Filtrační tkaniny budou měřeny při různém dvojosém předpětí.

Obr. 2.1 Tvar segmentu

2.2 Formulace řešeného problému Filtrační tkanina se během provozu zanáší, což v havarijním stavu může znamenat úplné zanesení tkaniny pevnými částicemi a tím způsobit maximální rozdíl hladin kapaliny v diskovém filtru. Průhyb tkaniny je způsoben hydrostatickým tlakem při rozdílu hladin ve filtračním zařízení, viz kapitola 1.1 ROTAČNÍ DISKOVÉ FILTRY. 2.2.1 Hydrostatický tlak  Maximální pracovní rozdíl hladin je 150 mm. Výpočet hydrostatického tlaku pro předpoklad filtrování vody o hustotě 1000 kgm-3: í,

kde: ppracovní, max ρ strana

34

. . 1 471,5 Pa kg.m-3

í,

1000 .

. 9,81 .

0,15 . m

maximální hydrostatický tlak při provozu hustota filtrované kapaliny


g hpracovní, max 

m.s-2 m

zemské tíhové zrychlení maximální pracovní rozdíl hladin

Maximální havarijní rozdíl hladin je 320 mm. Výpočet hydrostatického tlaku pro předpoklad filtrování vody o hustotě 1000 kgm-3: í,

. . 3 139,2

kde: phavarijní, max

Pa

ρ g hhavarijní, max

kg.m-3 m.s-2 m

í,

1000 .

. 9,81 .

0,32 . m

maximální hydrostatický tlak při havarijním provozu hustota filtrované kapaliny zemské tíhové zrychlení maximální pracovní rozdíl hladin

2.3 Vědecká otázka Při maximálním průhybu může dojít k zachycení tkaniny na některé z částí filtračního zařízení a při otočení bubnu pak k roztržení filtrační tkaniny. Zároveň se s rostoucím tlakem zvětšuje síla kolmá k ploše lepeného spoje. Lepené spoje by měli být v ideálním případě zatěžovány pouze smykovým napětím. Měření je nutné provádět na konkrétním tvaru filtračního segmentu dle zadání. Vzhledem k tvarové složitosti segmentu není možné provádět měření na zjednodušeném modelu, např. čtvercový tvar. Výsledky takového měření by měli značnou odchylku od průhybu tkaniny na reálném segmentu. Filtrační tkanina je umístěna na rám segmentu s určitým předpětím, je proto nutné měření opakovat pro různé hodnoty předpětí. Zároveň je potřeba brát v úvahu únosnost rámu segmentu vzhledem k jeho materiálu.

2.4 Pracovní hypotéza Zatěžování tkaniny tlakem p vyvolá její průhyb, ten bude dále záviset na předepnutí tkaniny. Při větší hodnotě předepnutí a stejném působícím tlaku bude průhyb nabývat menších hodnot. Ony závislosti lze zobrazit v trojosém diagramu, kde jednotlivé osy budou popsány jako průhyb, tlak a předepnutí. Výše uvedenou hypotézu ověříme měřením.

2.3

2.4

strana

35

MATERIÁL A METODY

3

MATERIÁL A METODY

3.1 Materiály měřených tkanin V následující tabulce jsou uvedeny zkoušené materiály. Tab. 1 Seznam měřených filtračních tkanin

Označení vzorku 1 2 3

Označení výrobce

Materiál

Poznámka

SEFAR SEFAR NITEX 03-10-3-102 PA Monodur MON PES 13

polyamid polyamid PA6 polyester

plátnová vazba

3.2 Přípravek Přípravek slouží k měření průhybu filtrační tkaniny segmentu diskového filtru. Jedná se o jednoúčelové zařízení určené k měření konkrétního tvaru segmentu. Pomocí přípravku jsme schopni měnit předpětí tkaniny na zkušební hodnotu a následně pozorovat průhyb s měnícím se tlakem. Slouží tedy k určení optimálního předpětí pro konkrétní typ tkaniny určené k instalaci na rám segmentu [43]. Přípravek byl navržen na Ústavu konstruování, Fakulty strojního inženýrství v Brně a jeho návrh a výroba nebyli předmětem této práce. Byl zhotoven 3D model a výkresová dokumentace. Podle dokumentace byl přípravek vyroben firmou IN EKO TEAM s.r.o. [43].

Obr. 3.1 3D model přípravku [43]

strana

36

MATERIÁL A METODY

Obr. 3.2 Sestavený přípravek

3.2.1 -

Technické parametry Rozměr rámu 500 x 500 mm Materiál: nerezová ocel Maximální předpětí až 5 % tažnosti materiálu tkaniny Maximální měřitelný průhyb 30 mm Tlak 10 kPa Jako zdroj tlakového média lze použít stlačený vzduch nebo tlak vodního sloupce

3.2.1

3.2.2 Princip funkce přípravku Přípravek se skládá ze dvou částí rámu a vany, mezi ty je umístěna filtrační tkanina a PE fólie. Obě části jsou staženy 8 ztužidly (svěrkami) rozmístěnými rovnoměrně po všech stranách. Vana má ve své dolní části dva otvory pro připojení manometru a přívodu tlakového vzduchu. Styková část je kolem výřezu utěsněna ve dvou řadách gumovým těsněním, aby se zabránilo úniku vzduchu. Vrchní díl pak obepíná zkoušená filtrační tkanina, která je na svých koncích přehnuta a zašita tak, aby bylo možné do vzniklé mezery vpravit ocelové tyče kruhového průřezu, na které se následně připojí napínací řetězy. Kombinací řetězů a napínáků nastavujeme v příčném a podélném směru žádané předepnutí tkaniny. Aby bylo možné měřit průhyb a simulovat tak reálné působení hydrostatického tlaku v provozu, je pod tkaninu umístěna dostatečné tenká PE fólie tak, aby neovlivňovala měření a zabránila pouze pronikání vzduchu přes tkaninu. Nad filtrační tkaninu je umístěn stojánek, jehož trubkovým koncem prochází měrka s milimetrovou stupnicí. Zvyšováním tlaku, který odečítáme na manometru, se mění průhyb tkaniny a pomocí měrky, která je podepřena tkaninou, jsme schopni odečíst příslušnou hodnotu průhybu. Průhyb měříme v jeho maximálním místě, které si předem zjistíme pokusem.

3.2.2

strana

37

MATERIÁL A METODY

Obr. 3.3 Schéma přípravku [43]

Obr. 3.4 Rám přípravku

Obr. 3.6 Stojánek s měrkou

strana

38

Obr. 3.5 Vana přípravku s těsněním

MATERIÁL A METODY

3.2.3 Předpětí Předpětí filtračních tkanin se vyjadřuje v jednotkách N.cm-1, tedy jako liniová síla. Přímé měření předpětí tkaniny je velmi obtížné, značně jednodušší je využití nepřímé metody, kdy budeme vycházet z tahové zkoušky tkaniny. Z digramu závislosti síly na přetvoření lze odečíst, že například tažnosti 5 % odpovídá síla o velikosti 144 N [43]. Vytvoříme-li na tkanině čtvercovou sít, kdy vzdálenost jednotlivých čar bude 100 mm, můžeme pak jednoduše určit předpětí při napínání tkaniny. Pokud například budeme potřebovat měřit předpětí o velikosti 2 %, stačí nám provést takové napnutí tkaniny, které bude odpovídat vzdálenosti sousedních čar 102 mm. Abychom dosáhli co nejlepší přesnosti, měříme vzdálenosti síťových čar v obou směrech na více místech a v různé rozteči. Pokud tedy nastavujeme předpětí 2 %, vzdálenost ob jednu čáru sítě bude 204 mm. Tímto způsobem co nejvíce eliminujeme nepřesnosti při přerýsování čtvercové sítě.

3.2.3

Obr. 3.7 Tahový diagram filtrační tkaniny [43]

3.2.4 Příprava vzorku

3.2.4

Síť K vytvoření čtvercové sítě na tkanině, jsme v programu AutoCAD 2010 vytvořili výkres půdorysu zkušebního vzorku spolu se sítí a s čárami potřebnými pro následné ohnutí a sešití konců tkaniny. Na rýsovací desce jsme na průsvitnou tkaninu obrýsovali čtvercovou síť i ostatní čáry, kde nám jako podklad sloužil vytisknutý výkres. Získali jsme tak základní tvar vzorku tkaniny a čtvercovou síť potřebnou k určení předpětí.

strana

39

MATERIÁL A METODY

Obr. 3.8 Výsledný vzorek tkaniny se čtvercovou sítí

Uchycení napínacího mechanismu Aby bylo možné tkaninu napínat, jsou její konce přehnuty a zašity. Vzniklé otvory slouží pro vložení ocelových profilů s kruhovým průřezem, pomocí kterých se během sestavení přípravku připojuje napínací mechanismus [43]. Během prvních měření jsme při předepnutí 2 % tkaniny zjistili, že dvojité švy, které drží ocelové profily, nevydrží nápor předepnutí a prořezávají se. Přistoupili jsme tedy k řešení, kdy jsme dané spoje podlepili lepidlem Pattex Repair Special Plastic a přidali jeden šev. Na výsledné spojení jsme nanesli ještě jednu vrstvu lepidla ke zvýšení soudržnosti a ochraně proti prořezání švů. Během dalších měření se ukázalo, že takto opravený spoj byl dostačující. Všechny švy používané při výrobě vzorků tkanin jsou šity nití značky AMANN řady Isarod vyrobenou za 100 % polyesterového vlákna. Jehla byla použita o co nejmenším dostupném průměru 0,7 mm pro standartní použití od firmy Akra.

Obr. 3.9 Opravený podlepený spoj s trojitým švem

strana

40

MATERIÁL A METODY

3.2.5 Okraje tkaniny Aby nedocházelo k trhání tkaniny na krajích a zejména pak v místě vykrojení, bylo potřeba tato místa tzv. zapošít.

3.2.5

Obr. 3.10 Zapošití problematického místa ve vykrojení tkaniny

3.2.6 Napínací mechanismus Napínací mechanismus se skládá z 6 větví, z nichž každá větev obsahuje 2 kusy svařovaných řetězů, napínák a dvě karabiny [24]. Po prvním měření bylo nutné, z důvodu vyššího tahového namáhání, vyměnit původní řetízky za svařované řetězy.

3.2.6

Obr. 3.11 Zapojený napínací mechanismus s původními řetízky

strana

41

MATERIÁL A METODY

3.2.7 Ocelové profily s kruhovým průřezem Kruhové ocelové profily, které jsou provlečeny tkaninou, byly podle prvních odhadů výrazně poddimenzované (průměr 5 mm). Během prvních měření docházelo k jejich značnému průhybu, což znemožnilo nastavení vyššího předpětí. Průhybem se značně zkrátila vzdálenost mezi protilehlými profily, což přesáhlo možnosti délky závitů napínáků. V nepředepnutém stavu však nebylo technicky možné připojit kratší řetězy. Původní profily jsme proto nahradili profilu o průměru 10 mm.

3.3 Měření Měření probíhalo sestavením přípravku a umístěním stojánku s měrkou. Aby bylo možné přesně odečítat průhyb a tlak z manometru, byl celý proces plnění přípravku tlakovým vzduchem zaznamenán na videozáznam. V záběru pak byl umístěn manometr a stojánek s měrkou. Odečítání probíhalo v grafickém softwaru po několika snímcích.

Obr. 3.12 Odečítání hodnot pomocí grafického softwaru Adobe Photoshop CS6

Obr. 3.13 Záznamová technika Nikon P7100

strana

42

VÝSLEDKY

4

4

VÝSLEDKY

4.1 Určení místa největšího průhybu Největší průhyb byl naměřen na ose symetrie ve vzdálenosti 210 mm od širšího okraje činné plochy tkaniny. Vzdálenost však závisela na předepnutí tkaniny, kde rozdíl osciloval o cca 40 mm.

4.1

Obr. 4.1 Tvar segmentu s označením maximálního místa průhybu

VZDÁLENOST ‐ PRŮHYB ‐ vzorek 2, tlak 4 kPa, předpětí 2 % průhyb [mm]

25 20 15 10 5 0 0

100

200

300

400 500 vzdálenost [mm] Obr. 4.2 Průběh průhybu filtrační tkaniny na ose symetrie od širší části segmentu

4.2 Měření průhybu Tkanina byla napínána ve dvou směrech navzájem kolmých, dosažené hodnoty předpětí byly maximálními vzhledem k možnostem konstrukce a zejména

4.2

strana

43

VÝSLEDKY

pak vzhledem k únosnosti švových spojů tkaniny. Během největších předpětí docházelo k prořezání švových spojení a k trhání konců tkanin. Rovnoměrnost předpětí byla kontrolována na čtvercové síti v různých směrech a délkách. Zkoušeny byly 3 vzorky tkanin s propustností 10 μm, viz kapitola 3 MATERIÁLY A METODY.

PRŮHYB ‐ TLAK

průhyb [mm]

45,0

Vzorek 1, předepnutí 1% Vzorek 1, předepnutí 2% Vzorek 1, předepnutí 3% Vzorek 1, předepnutí 4% Vzorek 2, předepnutí 1% Vzorek 2, předepnutí 2% Vzorek 2, předepnutí 3%

40,0 35,0 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0 0,0

10,0 tlak [kPa] Obr. 4.3 Průhyby měřených filtračních tkanin s různým předpětím v závislosti na tlaku

strana

44

2,0

4,0

6,0

8,0

DISKUZE

5

DISKUZE

5

Z výsledků měření bylo patrné, že během tlakového zatížení došlo v materiálu k plastické deformaci. Dále po odlehčení předepnutí tkaniny 3 byly vzdálenosti sousedních čar čtvercové sítě ve větší vzdálenosti než při počátečním stavu. Rozdíl dosahoval hodnoty předpětí 1 %, tedy původní vzdálenost sousedních čar 100 mm byla po měření 101 mm. Výsledný průběh průhybu obsahoval pro vzorek 2 (předepnutí 3 %) a vzorek 3 (předepnutí 1, 2, 3 %) zlom při tlaku 4 kPa. Vzhledem k tomu, že přítomnost zlomu se vyskytovala při tlacích nad 4 kPa, dá se předpokládat, že by se podobný charakter průhybu vyskytl i u zbývajících materiálů, které nebyly zatěžovány výše uvedeným tlakem. Vzhledem ke zjednodušení parametrů měření, je pro jejich užití v praxi nutné počítat s větší hustotu filtrované kapaliny a tedy přepočíst hodnotu hydrostatického tlaku na skutečnou, pro kterou budeme za pomoci diagramu hledat příslušný průhyb. Dále hydrostatický tlak působící na tkaninu nebude konstantní, jeho průběh bude přímo úměrný hloubce a maximální hodnoty nabyde v místě hladiny výstupní nádrže. Působiště hydrostatické síly bude mírně posunuto k vstupní hladině od střední hodnoty rozdílu hladin. V důsledku výše uvedených skutečností bude maximální průhyb rozdílný od experimentálně zjištěného. To je daň za zjednodušující řešení a předpoklady. Stále však měřením dosáhneme dostatečně přesných výsledků, které můžeme aplikovat pro reálný provoz. Z dalšího výzkumu, který prováděl pan doc. Brandejs a nebyl předmětem této práce, vyplynulo, že vzhledem ke způsobu výroby filtrační tkaniny má tkanina rozdílné mechanické vlastnosti v různých směrech, nejedná se tedy o izotropní materiál. To je způsobeno typem vazby – viz kapitola 1.6 Typy vazeb tkanin. Pokud však budeme brát v úvahu únosnost rámu segmentu, který je dle původního zadavatelského projektu vyroben z ABS materiálu (Akrylonitril-Butadien-Styren), vyšších hodnot předpětí není z hlediska pevnostní kontroly možné dosáhnout. Výsledné předpětí tedy bude záviset na pevnostní analýze rámu segmentu. Jako nejvhodnější se tak jeví filtrační polyesterová tkanina Monodur MON PES 13, která dosahuje optimálního poměru mezi předpětím a průhybem. V současné době byl v rámci zadavatelského projektu vyvinut nový typ rámu z umělé hmoty, který je ve svém jádru vyztužen ocelovou konstrukcí. Ta připomíná tvar příhradových nosníků, čímž je dosaženo mnohonásobně vyšší únosnosti rámu a možnosti použití vyšších předpětí.

strana

45

ZÁVĚR

6

ZÁVĚR

Filtrační tkaniny mají v dnešní době široké uplatnění a poskytují účinný nástroj pro restituci průmyslových a odpadních kapalin. Jejich značná výhoda spočívá v čistě mechanickém principu čištění kapalin. V současnosti se lidstvo potýká s problémem takřka dokonale chemicky čisté vody, který velkou měrou přispívá k rozvoji např. lidské alergie. V případě čištění pitné vody je samozřejmě konvenční způsob zpracování nezbytný, ovšem používáním čistě mechanického čištění kapalin může být v určitých odvětvích velkým přínosem a často jediným možným řešením. Úvodní část se navzdory zadání a povahy práce zabývá typy a funkčností filtrů, jednotlivými prvky, zejména pak rotační částí diskového filtru, materiály rámů filtračních segmentů, atd., na které je v další části práce odkazováno, případně slouží pro pochopení dané problematiky. Většina zdrojů je však dostupných pouze v cizojazyčných publikacích a i ty jsou značně omezeny. Podrobnější informace jsou zpravidla firemním tajemstvím nebo jsou k dispozici jako prodejná literatura, která však v české republice není příliš dostupná. Větší část zdrojů je tedy z volně dostupných patentů, zejména amerických, případně katalogů výrobců, apod. Proto lze úvodní část práce využít jako podrobnější pojednání o diskových filtračních jednotkách pro odbornou veřejnost. V kapitole 1.4 Filtrační tkaniny práce pojednává a skladbě filtračních tkanin a jejich měření. Jsou zde popsány jednotlivé typy přízí, jejich vazba a materiály, zejména pak materiály microfiltračních tkanin. Velmi důležitou charakteristikou je chemická odolnost v různým provozních prostředích. K nalezení jsou zde základní metody měření mechanických vlastností tkanin. Další text je věnován měřícímu přípravku a samotnému měření. Při měření většího množství tkanin by byl limitující faktor způsob předepínání, který je technologicky a časově velmi náročný. Jednoúčelový přípravek byl zkonstruován s vazbou na projekt „Diskové filtry pro ČOV - MPO: FR-TI3/699“ [43]. Výsledky měření byly použity k návrhu rotačního filtru, konkrétně pak k navrhnutí předpětí a výběru vhodného materiálu filtrační tkaniny.

strana

46

SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ

7


7

[1] 7000 Hydrotech filters installed worldwide. HYDROTECH [online]. 2013 [cit. 2013-04-10]. Dostupné z: http://www.hydrotech.se/hydrotech/ressources/ images/4/19011,Reference-micron-screens-world-wide.jpg [2] DirectIndustry. Products: Disc filter [online]. ©2011-2013 [cit. 2013-03-10]. Dostupné z: http://www.directindustry.com/industrial-manufacturer/disc-filter80316.html [3] Disc filter. Five Star Filtration, LLC. [online]. ©2011-2013 [cit. 2013-03-10]. Dostupné z: http://www.5starfiltration.com/diskfilter.html [4] ŠMEJKAL, Ladislav a Marie MARTINÁSKOVÁ. PLC a automatizace. 1. vyd. Praha: BEN - technická literatura, 1999, 223 s. ISBN 80-860-5658-9. [5] Hydrotech Microscreens.mp4. In: Youtube [online]. 27. 02. 2007 [cit. 201002-05]. Dostupné z: http://www.youtube.com/watch?v=OQ7NN5y2eUw [6] HYDROTECH. Hydrotech: HSF 2600 Discfilter Pure performance [online]. ©2010. [cit. 2013-03-02]. Dostupné z: http://www.hydrotech.se/hydrotech/ ressources/documents/1/2560,Hydrotech_discfilter_HSF2600.pdf [7] SIEMENS. Katalog LV 1 T [online]. 2009. [cit. 2013-3-20]. Dostupné z: http://stest1.etnetera.cz/ad/current/content/data_files/katalogy/lv1t/chapters/cat_lv1t-ch03_2009_en.pdf [8] HYDROTECH. Hydrotech Discfilter: A Flexible Filtration System [online]. [cit. 2013-3-20]. Dostupné z: http://www.veoliawaterst.com/processes/lib/pdfs/ productbrochures/hydrotech/6E15Gt7Mt7EN22Cza60Yb0uT.pdf [9] Disk Installation. Five Star Filtration, LLC. [online]. ©2011-2013 [cit. 201303-16]. Dostupné z: http://www.5starfiltration.com/dickinstallation.html [10] HYDROTECH. Hydrotech Discfilter: 17/21/31-series [online]. ©2008. [cit. 2013-03-05]. Dostupné z: http://www.hydrotech.se/hydrotech/ressources/documents/ 1/2530,Hydrotech_discfilter_HSF17_21_31.pdf [11] HYDROTECH NILS-AKE PERSSON AKTIEBOLAG. Rotary disk filter [online]. Původci vynálezu: Anders Mohlin, Ake Ralvert. USA. United States Patent Application, US-6231761-B1. 2001-05-15. Dostupné z: http://www.google.com/ patents/US6231761 [12] HYDROTECH NILS-AKE PERSSON AKTIEBOLAG. Venting device for a disc filter [online]. Původci vynálezu: William E. Davis, Peter J. Petit. USA. United States Patent Application, US-20120298573-A1. 2012-11-29. Dostupné z: http://www.google.com/patents/US20120298573

strana

47


[13] Nordic Water Products AB. Rotating disc filter means [online]. Původce vynálezu: Thomas M. Lithgow. Sweden. Sweden Patent Application, PCT/SE95/00306. 1996-09-20. Dostupné z: http://patents.com/ us-5804071.html [14] GENTER Albert L. Continuous Disk Filter [online]. USA. United States Patent Office, 2464223. 1949-03-15. Dostupné z: http://www.google.de/patents/ US2464223 [15] New Equipment & Replacement Parts. National Filter Media [online]. ©2005 [cit. 2013-04-15]. Dostupné z: http://www.nfm-filter.com/content.aspx?id=11 [16] Hydrotech Veolia Water Systems Aktiebolag. A filter frame for use in a disc filter [online]. Původce vynálezu: Åke Ralvert. Sweden. European Paten Application, EP1872843-A1. 2008-01-02. Dostupné z: http://www.google.com/patents/ EP1872843A1?cl=en [17] Disc Filters in the last Decade. Siemens AG [online]. ©2011 [cit. 2013-04-02] Dostupné z: http://www.water.siemens.com/en/products/conventional_filtration/ cloth_type_filter_systems/Pages/disc-filters-last-decade.aspx [18] Rotary Disc Filters. National Filter Media [online]. [cit. 2013-04-15]. Dostupné z: http://www.nfm-filter.com/requestformex.aspx?id=28 [19] SUTHERLAND, K. Filters and filtration handbook. Boston, MA: Elsevier, 2008, p. cm. ISBN 978-185-6174-640. [20] HYDROTECH. Hydrotech: HDF Drumfilters. Pure filtration. [online]. ©2013 [cit. 2013-07-05]. Dostupné z: http://www.hydrotech.se/hydrotech/ ressources/documents/1/2528,Hydrotech_drumfilter_HDF.pdf [21] HYDROTECH. Hydrotech: HDF Drumfilters. Pure filtration in tough environments. [online]. ©2013 [cit. 2013-07-05]. Dostupné z: http://www.hydrotech.se/hydrotech/ressources/documents/1/26372,Broschyr_HDF_ GRP_800-1600_EMAIL.pdf [22] KMU UMWELTSCHUTZ GMBH. Pásový filtr [online]. [cit. 2013-09-05]. Dostupné z: http://www.kmu.com/html/bilder_galerie/galerie/download/ PB_Bandfilter_cz.pdf?PHPSESSID=0831ec3cfc53379e31b0d366b9dae2c4 [23] VYSOKÁ ŠKOLA BÁŇSKÁ. Filtrace [online]. 2008 [cit. 2013-09-05]. Dostupné z: http://homen.vsb.cz/~vec05/PI/ZPI/zpiopory/04%20filtrace.pdf [24] INDUSTRIAL FABRICS CORPORATION. Filtratex Filtration Fabrics [online]. ©2008 [cit. 2013-04-02]. Dostupné z: http://www.ifcfabrics.com/pdf/ Filtratex.pdf

strana

48


[25] Wikipedia: the free encyclopedia: Staple (textiles) [online]. ©2013 [cit. 2013-04-15]. Dostupné z: http://en.wikipedia.org/wiki/Staple_(textiles) [26] ŠUSTROVÁ, A. Predikce prodyšnosti bavlnářských tkanin [online]. Liberec, 2010. Bakalářská práce. Technická univerzita v Liberci, Fakulta Textilní. Vedoucí bakalářské práce Marie Havlová. Dostupné z: http://www.kht.tul.cz/items/ADP/dp2010/%C5%A0ustrov%C3%A1Predikce%20prody%C5%A1nosti%20bavln%C3%A1%C5%99sk%C3%BDch%20t kanin.pdf [27] SPATYIEROVÁ, Š. Vliv distribuce velikosti mezinitných pórů na prodyšnost tkaniny [online]. Liberec, 2011. Diplomová práce. Technická univerzita v Liberci, Fakulta Textilní. Vedoucí diplomové práce Marie Havlová. Dostupné z: http://www.kht.tul.cz/items/A-DP/dp2011/SpatzierovaVliv%20distribuce%20velikosti%20mezinitnych%20poru%20na%20prodysnost%20 tkaniny.pdf [28] BLAŽEJOVSKÁ, I. Vliv finální úpravy na prodyšnost tkaniny při současném sledování její rovnoměrnosti v ploše [online]. Liberec, 2013. Diplomová práce. Technická univerzita v Liberci, Fakulta Textilní. Vedoucí diplomové práce Marie Havlová. Dostupné z: http://www.kht.tul.cz/items/A-DP/dp2013/blazejovskaVliv%20fin%C3%A1ln%C3%AD%20%C3%BApravy%20na%20prody%C5%A1no st%20tkaniny%20p%C5%99i%20sou%C4%8Dasn%C3%A9m%20sledov%C3%A1 n%C3%AD%20jej%C3%AD%20rovnom%C4%9Brnosti%20v%20plo%C5%A1e.p df [29] Polyester Filtering Fabrics Series. SUITA INTERNATIONAL [online]. [cit. 2013-04-05]. Dostupné z: http://www.filtercloths.cn/page/petcloth/index.php [30] Polyester Filter Cloth. HANGYHOU TIANZUAN FILTER CLOTH [online]. ©2013 [cit. 2013-04-05]. Dostupné z: http://www.tradeindia.com/fp731783/ Polyester-Filter-Cloth.html [31] Polypropylene Fabrics Series. SUITA INTERNATIONAL [online]. [cit. 201304-05]. Dostupné z: http://www.filtercloths.cn/page/PPcloth/index.php [32] Sky Mesh Group. Factory direct high quality wire mesch and filtration products [online]. [cit. 2013-04-05]. Dostupné z: http://www.skymeshgroup.com/ Sky%20Mesh%20Group%20Catalogue%20-%20Filtration%20Fabrics.pdf [33] Polyamide Filter Fabrics Series. SUITA INTERNATIONAL [online]. [cit. 2013-04-05]. Dostupné z: http://www.filtercloths.cn/page/PAcloth/index.php [34] Polyamid Fabrics. PURFY FABRIC [online]. ©2010-2011 [cit. 2013-04-05]. Dostupné z: http://www.hotiy.com/products-show.asp?keyno=1210 [35] PVA filter cloth. SUITA INTERNATIONAL [online]. [cit. 2013-04-05]. Dostupné z: http://www.filtercloths.cn/cp/html/?72.html

strana

49


[36] Polyaramid Filter Cloth. TJSKL [online]. © 2011 [cit. 2013-04-05]. Dostupné z: http://www.tjskl.org.cn/images/cza3ded7-pz2500e70-polyaramid_filter_cloth.html [37] ASTM International. Standard Test Methods for Water Permeability of Geotextiles by Permittivity [online]. ©2009. [cit. 2013-04-20]. Dostupné z: http://www.astm.org/Standards/D4491.htm [38] NZ Transport Agency. STANDARD TEST PROCEDURE FOR MEASUREMENT OF PERMEABILITY OF FILTER FABRICS [online]. ©2009-2013 [cit. 2013-04-20]. Dostupné z: http://www.nzta.govt.nz/resources/filter-fabricspermeability/docs/filter-fabrics-permeability.pdf [39] DAVÍDKOVÁ, B. Vliv struktury textilií na tvarovou stálost textilií [online]. Liberec, 2010. Bakalářská práce. Technická univerzita v Liberci, Fakulta Textilní. Vedoucí bakalářské práce Katarína Zelová. Dostupné z: http://www.kht.tul.cz/ items/A-BP/2010/Dav%C3%ADdkov%C3%A1%20%20Vliv%20struktuty%20textili%C3%AD%20na%20tvarovou%20st%C3%A1lost %20plo%C5%A1n%C3%BDch%20textili%C3%AD.pdf [40] TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI. Trhací přístroj LabsTest 2.05 [online]. Liberec. Dostupné z: http://www.kod.tul.cz/predmety/OM1/Cviceni/ TRHACKA_LABTEST.pdf [41] TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI. Zpracovatelské a užitné vlastnosti oděvních materiálů [online]. Liberec. Dostupné z: http://www.kod.tul.cz/predmety/ OM/prednasky/OM_prednaska4_A_2012.pdf [42] PEJCHALOVÁ, Z. Stárnutí textilií [online]. Liberec, 2009. Bakalářská práce. Technická univerzita v Liberci, Fakulta Textilní. Vedoucí bakalářské práce Jakub Wiener. Dostupné z: http://www.kht.tul.cz/items/A-BP/2009/PejchalovaStarnuti%20textilii.pdf [43] MINISTERSTVO PRŮMYSLU A OBCHODU. Diskové filtry pro ČOV: FRTI3/699. 2011-2012.

strana

50

SEZNAM OBRÁZKŮ A GRAFŮ

8

8


Obr. 1.1 Diskový filtr - Hydrotech [6] 16 Obr. 1.2 Siemens PLC (Programmable Logic Controller) [7] 16 Obr. 1.3 Hydrotech – číštění filtrační tkaniny tlakovou kapalinou [8] 16 Obr. 1.4 Hydrotech – diskový filtr bez nádrže [10] 17 Obr. 1.5 Hydrotech – Diskový filtr s nádrží [10] 17 Obr. 1.6 Tvar segmentu a jeho umístění na buben patentovaný v USA [11] 17 Obr. 1.7 Tvar segmentu patentovaný rovněž v USA [12] 17 Obr. 1.8 Schéma odvodu pevných částic při tlakovém čištění [13] 18 Obr. 1.9 Uchycení segmentu – boční vedení [12] 18 Obr. 1.10 Konstrukce pro uchycení filtračních segmentů na rotační buben [12] 18 Obr. 1.11 Schéma umístění různých typů segmentů na buben diskového filtru [14] 19 Obr. 1.12 Schéma přichycení bočního vedení na buben diskového filtru [14] 19 Obr. 1.13 Buben diskového filtru firmy NFM [15] 19 Obr. 1.14 Filtrační vak firmy NFM [18] 21 Obr. 1.15 Filtrace silně znečištěné kapaliny [18] 21 Obr. 1.16 Schéma rotačního bubnového filtru firmy Hydrotech [20] 23 Obr. 1.17 Schéma čištění a odvodu pevných části do kalového žlabu [21] 23 Obr. 1.18 Schéma pásového filtračního zařízení [23] 24 Obr. 1.19 Monofilament [24] 25 Obr. 1.20 Multifilament [24] 25 Obr. 1.21 Zobrazení tkanin multifilament – vlevo a monofilament – vpravo [25] 26 Obr. 1.22 Spun [24] 26 Obr. 1.23 Plátnová vazba [24] 27 Obr. 1.24 Keprová vazba [24] 27 Obr. 1.25 Atlasová vazba [24] 27 Obr. 1.26 Detail vzorku tkaniny PET [30] 28 Obr. 1.27 Detail vzorku tkaniny PP [32] 29 Obr. 1.28 Detail vzorku tkaniny PA [34] 29 Obr. 1.29 Detail vzorku tkaniny PVA [36] 30 Obr. 1.30 Přehled použití filtračních tkanin firmy Filtratex [24] 30 Obr. 1.31 Přehled materiálových charakteristik nejpoužívanějších typů filtračních tkanin [24] 31 Obr. 1.32 Měřící zařízení TNZ T/07 – metodou ASTM D-4491 [38] 32 Obr. 1.33 Schéma trhacího stroje [42] 33 Obr. 1.34 Upnutí vzorku metodou Strip [40] 33 Obr. 1.35 Trhací zařízení LabTest 2.05 [40] 33 Obr. 2.1 Tvar segmentu 34 Obr. 3.1 3D model přípravku [43] 36 Obr. 3.2 Sestavený přípravek 37 Obr. 3.3 Schéma přípravku [43] 38 Obr. 3.4 Rám přípravku 38 Obr. 3.5 Vana přípravku s těsněním 38 Obr. 3.6 Stojánek s měrkou 38 Obr. 3.7 Tahový diagram filtrační tkaniny [43] 39 Obr. 3.8 Výsledný vzorek tkaniny se čtvercovou sítí 40 Obr. 3.9 Opravený podlepený spoj s trojitým švem 40 Obr. 3.10 Zapošití problematického místa ve vykrojení tkaniny 41

strana

51


Obr. 3.11 Zapojený napínací mechanismus s původními řetízky Obr. 3.12 Odečítání hodnot pomocí grafického softwaru Adobe Photoshop CS6 Obr. 3.13 Záznamová technika Nikon P7100 Obr. 4.1 Tvar segmentu s označením maximálního místa průhybu Obr. 4.2 Průběh průhybu filtrační tkaniny na ose symetrie od širší části segmentu Obr. 4.3 Průhyby měřených filtračních tkanin s různým předpětím v závislosti tlaku

strana

52

41 42 42 43 43 na 44

SEZNAM TABULEK

9

SEZNAM TABULEK

9

Tab. 1 Seznam měřených filtračních tkanin

strana

53

SEZNAM PŘÍLOH

10 SEZNAM PŘÍLOH Příloha 1 Příloha 2 Příloha 3 Příloha 4 Příloha 5 Příloha 6

strana

54

Přehled možného použití filtračních tkanin firmy Filtratex [24] Přehled materiálových charakteristik nejpoužívanějších typů filtračních tkanin [24] Graf naměřených hodnot průhybů filtračních tkanin v závislosti na tlaku a předpětí Sestavení přípravku [43] Model přípravku [43] Model přípravku – řez [43]

MĚŘENÍ PRŮHYBU FILTRAČNÍ TKANINY

Recommend Documents