Моделювання деградації та регенерації пористих матеріалів на основі політетрафторетилену у фільтрації трансформаторних олив
DOI:
https://doi.org/10.31359/2311.441X.2026.28.131Ключові слова:
політетрафторетилен (ПТФЕ), пористі матеріали, трансформаторна олива, мікрофільтрація, математичне моделювання, деградація, регенерація, кольматація, гідравлічний опір, брудоємкість, фільтраційні процесиАнотація
Анотація. Розглянуто проблему деградації та регенерації пористих фільтрувальних матеріалів на основі політетрафторетилену (ПТФЕ), що застосовуються для очищення трансформаторних олив у процесі експлуатації силового електрообладнання. Актуальність дослідження обумовлена необхідністю забезпечення стабільних діелектричних та експлуатаційних характеристик трансформаторних олив, які з часом погіршуються внаслідок накопичення механічних домішок, продуктів окиснення та вологи.
Метою роботи є розробка математичної моделі багатоциклової роботи ПТФЕ-фільтра з урахуванням процесів накопичення забруднень, зростання гідравлічного опору, деградації структури матеріалу та зниження ефективності регенерації. Об’єктом дослідження є синтерований ПТФЕ, отриманий методом вилуговування пороутворювача NaCl, що формує бімодальну камерно-канальну структуру порового простору.
Запропонована модель базується на використанні закону Дарсі для опису фільтраційного потоку та вводить безрозмірний параметр ступеня заповнення пор, який пов’язує масу накопичених забруднень із брудоємкістю матеріалу. Нелінійна залежність гідравлічного опору від ступеня кольматації враховує різні механізми заповнення великих каверн і вузьких міжпорових каналів. При моделюванні врахована деградація ефективності регенерації у багатоцикловому режимі, а також накопичення незворотних залишків, які зменшують доступну брудоємкість та збільшують базовий опір фільтра.
Проведено числове моделювання 10 робочих циклів фільтрації-регенерації при заданих технологічних параметрах. Встановлено, що ресурс роботи фільтра зменшується більш ніж у 3 рази (з 8,64 до 2,80 год), а початковий гідравлічний опір зростає у 2,44 рази. Показано, що сукупний об’єм відфільтрованої оливи за багатоциклової експлуатації у 6,3 рази перевищує ресурс одноразового використання, що підтверджує доцільність регенерації, незважаючи на її деградацію.
Встановлено домінуючий вплив початкової брудоємкості матеріалу та ефективності регенерації на ресурс роботи фільтра. Показано, що збільшення брудоємкості шляхом оптимізації гранулометричного складу пороутворювача забезпечує суттєве зростання ресурсу фільтра, тоді як підвищення ефективності регенерації (зокрема за рахунок ультразвукової обробки та застосування розчинників) дозволяє збільшити кількість робочих циклів та сумарний об’єм очищеної оливи.
Посилання
Список використаних джерел
1. Siva Sai, R., Suresh, P., Prasad, M. N. V. V. S. & Raju, I. Degradation studies of electrical, physical and chemical properties of aged transformer oil. J. Phys.: Conf. Ser. 2020, 1706(1), 012056. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1706/1/012056
2. Safiddine, L., Ghomari, A., Flazi, A., Seladji, M., Derdour, A. & Hamou, A. Regeneration of transformer insulating fluids using membrane separation technology. Energies. 2019, 12(3), 368. https://doi.org/10.3390/en12030368
3. Kaliuzhnyi, O. B. & Platkov, V. Ya. The structure and properties of porous poly(tetrafluoroethylene). J. Polym. Res. 2022, 29, 32. https://doi.org/10.1007/s10965-022-02887-w
4. Zhang, J., Li, Y., Zhang, X., Wang, Y., Liu, Y. & Zhang, Q. A robust copper oxide-based superhydrophobic microfiltration membrane for moisture-proof treatment of trace water in transformer oil. Colloids Surf. A. 2021, 625, 126843. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2021.126843
