润滑油脱水净化挂车毕业设计机械部分.docx
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润滑油脱水净化挂车毕业设计机械部分
目录
摘要………………………………………………………………………………Ⅰ
Abstract…………………………………………………………………………Ⅱ
1绪论……………………………………………………………………………1
1.1研究背景和研究意义……………………………………………………1
1.2国内净油机和挂车的发展现状…………………………………………2
1.3润滑油的常用物理指标…………………………………………………2
1.4润滑油主要污染物及来源………………………………………………3
1.5净油机常见类型结构……………………………………………………3
1.5.1板框式净油机………………………………………………………3
1.5.2离心分离式净油机…………………………………………………4
1.5.3静电净油机…………………………………………………………4
1.5.4真空净油机…………………………………………………………5
2润滑油脱水净化挂车结构设计………………………………………………6
2.1润滑油脱水净化挂车工作流程图………………………………………6
2.2润滑油脱水净化挂车部件选型…………………………………………6
2.2.1加热罐………………………………………………………………7
2.2.2真空发生罐…………………………………………………………8
2.2.3过滤器………………………………………………………………11
2.2.4底油抽吸器…………………………………………………………12
2.2.5真空泵………………………………………………………………13
2.2.6油泵…………………………………………………………………14
2.2.7冷凝器………………………………………………………………15
2.2.8氮气发生器…………………………………………………………15
2.2.9油管卷盘……………………………………………………………16
2.2.10电缆卷盘…………………………………………………………16
2.2.11法兰盘……………………………………………………………17
2.2.12阀类………………………………………………………………17
2.2.13螺栓、螺母、垫圈………………………………………………18
2.2.14管道………………………………………………………………18
2.2.15挂车选型…………………………………………………………19
2.3润滑油脱水净化挂车的装配……………………………………………20
2.4润滑油脱水净化挂车主要特点…………………………………………22
3结论……………………………………………………………………………23
致谢………………………………………………………………………………24
参考文献…………………………………………………………………………25
文献综述…………………………………………………………………………26
摘要
石油是重要的能源，也是重要的战略物资。
润滑油在使用过程中，会因为种种原因参入杂质，比如：
灰层、纤维、金属屑，水分等，而水分是最为常见的一种污染物。
这些杂质让润滑油失效，失去润滑降温效果,不仅导致机械部件的传动失效，也导致能源的极大浪费。
鉴于此，本文提出一种润滑油净化装备——润滑油脱水净化挂车的设计方案，通过对净化挂车主要结构的设计，包括真空泵、粗过滤器、加热器、真空罐、精过滤器、油泵、冷凝器等部件的设计、计算及选型，最终形成润滑油脱水净化挂车装配总图。
关键词：
润滑油净化装配
Abstract
Oilisanimportantsourceofenergy,butalsoanimportantstrategic.Lubricatingoilinuseprocess,becauseofvariousreasons,incorporationofimpurities,forexample:
ash,fiber,metalscraps,moistureetc,whilethewaterisoneofthemostcommoncontaminants.Theseimpuritiestothefailureofthelubricatingoil,Loselubricationcoolingeffect.Notonlyleadtothefailureoftransmissionmachineryparts,alsocausedagreatwasteofenergy.
Inviewofthissituation,thispaperpresentsalubricatingoilpurificationequipment--LubricatingoilpurificationTrailerdesignscheme.Throughthedesignofthemainstructureofthetrailerpurification,Includingvacuumpumps,coarsefilter,heater,vacuumtank,finefilters,pumps,condensersandothercomponentsofthedesign,calculationandselection,Thefinalformationoflubricatingoilpurificationtrailerassemblydrawing.
Keywords:
LubricatingoilPurifyAssembly
1绪论
1.1研究背景和研究意义
自工业革命以来，科技得到迅速发展，生产行业由手工化逐步向机械化发展，世界上各个国家的生产生活水平与该国的机械化水平息息相关。
如今，车辆和机械设备在节能、环保上要求在不断的提高，因此对润滑油的要求也越来越高。
但是，原油的储量随着各国的不断开采日益减少，这些不可再生能源，威胁着每一个国家的发展。
在润滑油加工工艺中，环烷基原油是重要的原料，同时环烷基原油也是最为珍贵的原油之一[1]。
然而，其储量非常的少，仅仅占到世界原油总储量的2.2％。
润滑油本身的资源稀缺珍贵，但是每年浪费的润滑油是一个相当惊人的数字。
中国工程院2007年发表的一个报告指出[2]，2006年全国消耗在润滑方面的资金估计为9500亿元，如果合理使用润滑油，可以节省人民币估计可达3270亿元，占当时国内生产总值（GDP）的1.55%。
润滑油在使用过程中，除了少部分由于挥发、氧化、泄露外，大部分仍留在机械设备中。
使用过程中润滑油会受到水分、灰层等的污染，受到污染的润滑油如果继续使用，将对机械设备造成很大的磨损消耗，影响设备的使用期限和使用性能。
在国际上，机械设备的失效70％-85％是有润滑油污染引起的。
国内油液污染更为严重，我国仅机械行业每年排放的废润滑油就达数亿吨[3]。
所以，对于润滑油的高效可持续使用势在必行。
这不仅能节约能源，缓解能源危机，而且可以保护环境避免废油对土壤水源的污染。
1.2国内外净油机和挂车的发展现状
国外净油机的典型产品有[4]：
美国颇尔公司的HNP021、HVP2703净油机，日本加藤公司的KLVC-AX-IA型带电在线滤油机，瑞典HERING公司EOK型净油机，瑞士麦克菲尔公司的VH061-e型净油机。
国外挂车的结构相对简单，一般为二轴，钢板弹簧，多为鹅颈式结构。
国外挂车的特点：
规模化、结构简约、个性化、轻量化、功能多、技术领先、小批量、精品化[5]。
目前，国内净油机生产厂家繁多。
但是这些生产厂家大多是小规模生产，科技含量并不高，生产的净油机单一重复，质量参差不齐，不能很好的满足社会需求[6]。
我国挂车生产有几十年历史了，生产企业目前有600多家，产量达到40余万台[7]。
和净油机生产厂家一样，挂车生产也不具备规模化生产。
没有批量化、规模化生产导致的结果就是:
我国的挂车在总体上比较粗糙，在服务和性能上得不到保障。
所以，不管是净油机还是挂车，我国和国际先进水平都存在很大的差距。
需要我们不断的提高生产水平，增强研发能力。
1.3润滑油的常用物理指标[8]
1）粘度
润滑油的作用是使机械运动的摩擦表面形成油膜，该油膜起到润滑、减震、冲洗、冷却等作用。
液体受外力作用流动时，其分子间发生的阻力叫做粘度。
它是润滑油最重要的性能之一。
2）润滑性
润滑性是指润滑油中极性分子与金属表面吸附形成一层边界油膜，以减小摩擦和磨损的性能。
润滑性越好，油膜与金属表面的吸附能力就越强。
3）极压性
极压性是润滑油中加入含硫、磷、氯的有机极性化合物后，油中极性分子在金属表面生成抗磨、耐高压的化学反应边界膜的性能。
4）闪点
当油在标准仪器中加热所蒸发出的油气，一遇火焰即能发生出闪光时的最低温度，成为油的闪点。
这是衡量油的易燃性的一种尺度，通常应使工作温度低于油的闪点30-40℃。
5）凝点
这是指润滑油在规定条件下，不能在自由流动时所达到的最高温度。
6）氧化稳定性
从化学意义上讲，矿物油是很不活泼的，但当它们暴露在高温气体中时，也会发生氧化并生产硫、磷、氯的酸性化合物。
这是一种胶装乘积物，不但腐蚀金属，而且加剧零件的磨损。
1.4润滑油主要污染物及来源[9]
润滑油主要的污染物有：
水、空气、化学物质、微生物等。
这些污染物的来源：
1）设备内部残留的物质如：
毛刺、灰层、纤维、磨削等；
2）设备使用过程中外界侵入的污染物如：
水分，灰层等；
3）设备运转是产生的污染物如：
元件磨损产生的碎屑；
4）其他来源如：
设备密封失效，润滑系统泄漏。
1.5净油机常见类型结构
净油机也俗称滤油机，主要用于提高润滑油以及其他油类的纯净度。
常见的物理净化方式有[10]：
1、重力沉淀法；2、压力过滤法；3、静电分离法；4、离心分离法；5、真空分离法。
根据物理净化方式与之相对应的出现了各种净油机，比较常见的净油机有：
普通净油机、板框式净油机、离心分离式净油机、静电净油机、真空净油机。
1.5.1板框式净油机
主要由油泵、过滤器、过滤床等部件组成，过滤介质为工业用的过滤纸,过滤精度较高。
用于变压器油、机油、柴油、航空液压油的过滤和除杂。
该设备操控容易、结果简单、成本低。
图1.5.1板框式净油机
1.5.2离心分离式净油机
净油机过滤装置内部有一个双喷式的转轴，由机油所产生的压力来驱使其转动。
由于水比油的密度大，通过离心力的作用，把水从油液中分离出来，达到净化油液的效果。
该类净油机主要用于切削油、淬火油、锻造油、防锈油的净化。
图1.5.2离心分离式净油机
1.5.3静电净油机
该净油机是一种具有高清洁度的净化设备，对大部分油液都有净化效果，具有较好的抗污染能力。
通过该类净油机处理后的油液，物理、化学性能并不会改变，通过对装置的改良，具有很大的市场前景。
图1.5.3静电净油机
1.5.4真空净油机
主要由粗、精过滤器，加热器，真空泵，油泵，冷凝器等组成。
该类净油机体积小，重量轻。
能对油液进行过滤、热循环、干燥等功能，对于油液除水效果显著。
图1.5.4真空净油机
本次润滑油脱水净化挂车设计就是在原有真空净油机的基础上，针对性的进行改良，有很大工程应用前景。
为了运输上的方便，将设计好的净油机装载在挂车底盘盘上，由其他车辆牵引行驶，适合在室内或者野外工作。
2润滑油脱水净化挂车结构设计
本章节主要介绍了润滑油脱水净化挂车的工作原理，真空罐的设计校核，加热温度的确定，真空泵，油泵，过滤器的选择等，以及润滑油脱水净化挂车系统的结构设计。
2.1润滑油脱水净化挂车工作流程图
如图2.1润滑油脱水净化挂车的工作流程图
图2.1工作流程图
本次的设计的润滑油脱水净化挂车工程流程如图所示：
先打开真空泵与真空罐连接的阀门，让真空泵抽走设备中的空气，使整个工作系统达到预定的真空环境。
然后打开进油阀，使润滑油从进油管道流入，通过粗过滤器（第一次过滤）除去较大（100μm以上）的杂质，流入加热蒸发器，使润滑油加热到70℃左右，进入真空脱水罐（由真空泵抽成真空状态，极限压力为0.06MPa）后，水成为气态而润滑油依然保持液态，在真空罐中通过喷淋器、斜板和氮气的作用使润滑油中的水分充分挥发出来，真空罐中挥发出的水蒸气通过冷凝器液化成水排出，而润滑油通过油泵流入精过滤器（第二次过滤，精度在10μm）中，达到标准的润滑油则流出待用，没有达到标准的，则经过内循环让润滑油从精过滤器流回粗过滤器进行多次脱水净化。
此次设计的润滑油脱水净化挂车包括的主要设备有：
真空罐、粗过滤器、精过滤器，、加热器、底油抽吸器、真空泵、油泵、冷凝器、氮气发生器、油管卷盘、电缆卷盘、管道、挂车等。
2.2润滑油脱水净化挂车部件选型
2.2.1加热罐
2.2.1.1加热温度的确定[11]
在密闭条件中，在一定温度下，与液体或固体处于相平衡的蒸气所具有的压力称为饱和蒸气压。
纯水的饱和温度越低，饱和蒸气压也就越低，（如下表）
表2.2.1.1
当水被加热到70℃，低于80℃时，水成为气态，而润滑油能够依旧保持性能（油液正常工作温度一般在80℃以下），根据工程实际考虑，最终确定的真空度为0.06MPa。
润滑油是热的不良导体，如果加热功率太低，那么加热时间势必会延长，净化效率则会很低；如果加热功率太高，则难以安装并且价格昂贵。
单个加热棒会导致其周围的油液温度过高使润滑油失效，所以选择多个加热棒置于加热罐内，增大受热面积，使油液受热均匀。
2.2.1.2加热功率的确定[12]
加热功率的计算过程：
加热功率计算公式：
（2.1）
C:
润滑油比热容1675-2093（J/Kg.K）
ρ：
油液密度900Kg/m³
Q:
公称流量（L）
ΔT：
一个循环内的温度差（5-10℃）
T：
加热时间（30-60min）
η：
加热效率0.5-0.6
计算中，取：
C=2000（J/Kg.K），Q=100L，ΔT=5℃。
所以，经计算得W=30KW，
考虑到管道和加热器的热损失（20％）[13]
计算得：
1.2W=36KW
取加热功率W=40KW。
图2.2.1.2加热棒
2.2.2真空发生罐
真空罐内的水蒸气是以微小的气泡形式存在的，当温度和真空度条件满足的情况下，水分的蒸发过程同时在润滑油的表面和内部进行。
由于油液处于不断“沸腾”流动的状态，挥发出来的气体被真空泵抽到冷凝器中冷却，而没有挥发出来的水蒸气，则继续夹杂在润滑油中。
真空罐的脱水效率与温度、工作压力、真空罐内的空气流动性有关，温度越高水蒸发越快，工作压力越低水蒸发越快，空气流动性越好水蒸发越快。
真空罐一般分为立式真空罐和卧式真空罐，材质一般为不锈钢。
本次设计的真空采用卧式的，一方面可以节省空间位置，另一方面可以提升脱水净化效果。
本次设计的真空发生罐罐体内主要由喷淋器、斜板和可视窗组成，是整个净油机的反应容器。
喷淋器的作用是把经过加热的油液均匀的喷洒在斜板上，而斜板起到一个缓冲油液以及增大油液中水分挥发面积的作用。
设置可视窗是为了观察真空罐中油液的高度，以方便通过控制进油阀和出油阀来调节油液高度。
净油机的公称流量是整个设计的主要参数，定为50L/min。
一般来讲，真空罐的容积应为净油机公称流量的3-5倍，故本次设计的真空罐容积至少应为150L。
初步设计的真空罐为尺寸φ500×1300mm的圆柱型罐体，通过计算来验证尺寸是否合理。
（2.2）
由于
所以
，大于150L，故此满足设计要求。
根据设计要求，真空罐的尺寸为φ500×1300mm，在低真空状态下运行
真空罐的应力计算[14]：
设计真空罐内极限压力为0.06Pa，罐体厚度为5mm，直径为500mm，通过应力计算来确定材料的型号。
罐体内压力：
（2.3）
罐体外压力：
（2.4）
所以真空罐所承受的压力为
。
因此在计算真空罐应力的时候主要考虑的是大气压对罐体的应力
（2.5）
由计算可知，真空罐受到的最大应力为5MPa,远远小于20钢的许用应力[σ]，所以真空罐的厚度合理。
右侧端盖用螺栓与罐体连接，需要8个材质Q235的M12的螺栓，下面进行螺栓的强度校核[15]：
每个螺栓所受的轴向载荷：
（2.6）
公式中：
为总载荷，Z为螺栓个数
所以，经计算，每个螺栓所受载荷为
螺栓危险截面的拉伸强度条件为：
（2.7）
公式中：
d为螺栓公称直径，[σ]为许用应力
经过计算可知：
螺纹连接的许用应力计算：
（2.8）
公式中：
为屈服极限取245MPa，S为安全系数取5-4
所以，经计算得螺纹连接的许用应力为49-61MPa
由于28MPa小于49MPa，故合理。
下面计算螺栓杆的剪切强度：
（2.9）
公式中：
f为摩擦系数取0.10-0.16，d为螺杆公称直径
经计算得
下面计算螺杆的许用剪切应力：
（2.10）
公式中：
为屈服极限取235MPa，
为安全系数取2-2.5
经过计算得
=94-117.5MPa。
所以，螺杆的剪切应力也合理。
综上所述：
真空罐本体用20钢冲压成型，右端盖用螺栓与罐体连接，罐体外敷20mm厚的岩棉保护层，保护层外再设1mm厚的不锈钢来保护外壳[11]。
真空罐的喷淋器和斜板选用不锈钢材质的。
喷淋器焊接在罐体上部，斜板间隔为30mm，布置4块，在罐体内设置槽口（角度为45°），用于斜板的固定。
图2.2.1真空罐
2.2.3过滤器
过滤器分为普通过滤器、粗过滤器、精过滤器和超精过滤器。
常用的过滤器类型和特性为[16]：
1）网式过滤器：
装在液压泵管路上保护液压泵，过滤精度为80-180μm，结构简单，通油能力大，但过滤效果差。
2）线隙式过滤器：
一般用于中低压系统，线隙100-200，过滤精度30-100μm，结构简单，过滤效果好，通油能力大，但清洗不方便。
3）纸质过滤器：
用于过滤要求高的液压系统中，过滤精度为5-30μm，过滤效果好，精度高，但是容易堵塞，需要常更换滤纸。
4）烧结式过滤器:
用于高质量的液压系统中，过滤精度在7-100μm，能在高压、高温下工作，抗腐蚀性好。
5）磁性过滤器：
用于吸附铁屑，结构简单，过滤效果好。
本次设计两个过滤器，一个粗过滤器，一个精过滤器。
粗滤器设置在进油管道，用于过滤掉油液中较大的杂质，过滤精度在100μm左右。
精滤器设置在出油管道，对油液进行再一次过滤，出去油液中，极小的微粒和少量水分，过滤精度在10μm左右。
过滤器的选择主要在于滤网的选择，滤网在选择上需要考虑的因素：
能否达到过滤要求、滤网抗腐蚀性能如何、过油性能如何、压力损失大小、能否长时间工作、更换清洗是否方便。
这些都将影响最后出来的润滑油质量是否达标，能否继续使用。
滤网采用如图2.2.2类型滤网。
该类滤网纳污能力强，抗腐蚀能力强，过滤面积得到大大增强，压差低，使用寿命长。
粗过滤器选用的滤网精度为100μm的磁性过滤器，精过滤器精度为10μm的过滤器。
图2.2.2滤网
2.2.4底油抽吸器
底油抽吸器是在设备停止工作后，将真空罐内的残余润滑油抽出。
不会影响下一次的净化效果，使每一次净化后的润滑油质量稳定可靠。
此次设计选择的是一种气动式的自动抽油机，比起手动式抽油机，安装方便，使用灵活。
当罐体充满润滑油时，出口机械装置会自动关闭，安全快捷。
型号为精展JJT/PX-3090P。
图2.24底油抽吸器
2.2.5真空泵
真空泵作用在于将真空发生罐里的空气排出，抽成设备工作所需的真空度0.06MPa。
真空泵选择的主要参考因素有：
真空泵需要抽掉的气体总量及能在2分钟左右将真空罐和管道的气压降到0.06MPa或者更低；抽气速率应大于进油速率。
真空泵按工作原理可分为:
气体输送泵和气体捕集泵。
气体输送泵一般有：
往复式真空泵、旋片式真空泵、定片式真空泵等；气体捕集泵包括:
吸附泵和低温泵。
本次设计选择的是2X-15A型旋片式真空泵，抽气速率为15L/S，功率为1.5KW，极限压力为0.06Pa，转速为470r/min。
真空泵脱水能力计算[17]：
标准大气压下真空泵抽气能力：
Sˊ=工作真空度×真空泵的抽气能力/标准大气压=6000×15×101000=0.89L/s（2.11）
标准大气压下的脱气能力：
S＂=S×273/343=0.71L/s（2.12）
Z在标准状态下，1摩尔的水体积为22.4L，重量为18g，
则脱水能力S=S”×18/22.4×3600=2054g/h（2.13）
图2.2.5真空泵
2.2.6油泵
油泵的作用在于将真空罐内经过净化的润滑油抽出，再通入精过滤器中。
一般来说，油泵的工作压力为泵额定压力的70-80％，及不应高于0.05MPa。
这样既能提高系统的可靠性，又能延长设备的使用寿命。
油泵的额定流量应该大于设备工作的最大流量，这样能避免系统过载。
油泵有直列式、分配式和单体式三大类。
从机械分类来看，分为：
喷油泵、自吸油泵、潜油泵、机油泵。
油泵流量的大小是通过密封工作腔被容积的变化来恒定的。
油泵工作压力的确定[18]：
（2.14）
Pa为0.06MPa,由于没有液压缸等元件，所以
。
所以P定为2.5MPa。
油泵流量的确定：
（2.15）
K为泄露系数为1.2，
所以，
此次设计选择的油泵型号为Y100L1-4，功率为2.2KW，流量为100L/min，转速为1430r/min，电压为380V，电流为5A。
图2.2.6油泵
2.2.7冷凝器
冷凝器安装在真空发生罐之后，将真空发生罐中的水蒸气冷凝成液态。
冷凝器一般有风冷和水冷两种结构，在冷却效果上，水冷要比风冷好。
但是风冷结构简单且价格低廉，所以此次设计采用的是风冷结构的冷凝器。
选择冷凝器的关键在于散热面积，散热面积越大冷却效果就越好。
本次设计选择的冷凝器型号为ZJYT-015，散热面积为15㎡，风扇电机功率为90-120W，风量为1800m³/h。
图2.2.7冷凝器
2.2.8氮气发生器
氮气发生器的作用是把从空气中分离出来的氮气，通入真空发生罐中，使润滑油像沸腾一样，让水分能更好的挥发出来。
传统的氮气发生器是一套大型设备，价格高昂。
本次选用的是一种新型的氮气发生器，采用膜分离技术，直接从空气中分离出氮气和氧气，氧气直接排到大气中，氮气经过管道进入真空发生罐中。
该设备简单，安装方便灵活。
这种氮气发生器，型号为NC3020，氮气纯度达到95％-99％，产量在1-2000Nm³/h。
图2.2.8氮气发生器
2.2.9油管卷盘
油管卷盘主要是为了让进油管道和出油管道的油管收放方便，并且在整个系统中占用较小的空间。
图2.2.9油管卷盘
2.2.10电缆卷盘
电缆卷盘和油管卷盘一样都是为了节省空间
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