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重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文真空加熱式高效凈油機(jī)設(shè)計(jì)
編號(hào)
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文）
題目 真空加熱式高效凈油機(jī)設(shè)計(jì)
二級(jí)學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院
專(zhuān) 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí) 109040202
學(xué)生姓名 涂成康 學(xué)號(hào)10904020226
指導(dǎo)教師 職稱(chēng)
時(shí) 間
目 錄
摘 要………………………………………………………………………………Ⅰ
Abstract…………………………………………………………………………Ⅱ
1 緒論…………………………………………………………………………………1
1.1 本課題的目的和意義…………………………………………………………1
1.2 凈油機(jī)工作原理及分析……………………………………………………1
1.3凈油機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀……………………………………………………………2
1.4GRJ-50高效凈油機(jī)簡(jiǎn)介……………………………………………………3
2 真空凈油機(jī)的工作原理簡(jiǎn)介………………………………………………………4
2.1真空凈油機(jī)凈油原理概述……………………………………………………4
2.2真空凈油機(jī)工藝流程概述……………………………………………………4
3 總體方案設(shè)計(jì)………………………………………………………………………6
3.1真空凈油機(jī)草圖方案…………………………………………………………6
3.2真空凈油機(jī)設(shè)計(jì)要求…………………………………………………………6
3.3真空罐草圖設(shè)計(jì)說(shuō)明…………………………………………………………7
3.4油泵方案選擇…………………………………………………………………9
3.5真空泵選擇方案 ……………………………………………………………10
3.6風(fēng)冷器選擇方案 ……………………………………………………………11
3.7緩沖器設(shè)計(jì)說(shuō)明 ……………………………………………………………12
3.8凝水器設(shè)計(jì)說(shuō)明 ……………………………………………………………12
3.9氮?dú)獍l(fā)生器選擇方案 ………………………………………………………13
3.10電控柜設(shè)計(jì)說(shuō)明……………………………………………………………13
4 過(guò)濾加熱裝置的設(shè)計(jì) ……………………………………………………………15
4.1進(jìn)油過(guò)濾器設(shè)計(jì)說(shuō)明 ………………………………………………………15
4.2精濾器設(shè)計(jì)說(shuō)明 ……………………………………………………………15
4.3加熱器設(shè)計(jì)說(shuō)明 ……………………………………………………………16
4.4真空罐最終設(shè)計(jì)說(shuō)明 ………………………………………………………17
5 凈油機(jī)機(jī)架設(shè)計(jì) …………………………………………………………………20
6 管路設(shè)計(jì) …………………………………………………………………………21
7 法蘭盤(pán)設(shè)計(jì) ………………………………………………………………………23
8 閥門(mén)設(shè)計(jì) …………………………………………………………………………24
9 凈油機(jī)三維裝配設(shè)計(jì) ……………………………………………………………25
10 凈油機(jī)工程圖設(shè)計(jì)………………………………………………………………29
11結(jié)論 ………………………………………………………………………………30
致謝 …………………………………………………………………………………31
參考文獻(xiàn) ……………………………………………………………………………32
摘 要
凡是有機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)的地方，都能看到潤(rùn)滑油的身影。這是由于在機(jī)器里加入潤(rùn)滑油可以起到潤(rùn)滑、冷卻、防銹、清潔、密封、緩沖、散熱等作用。然而，在使用過(guò)程中，由于種種原因?qū)е聺?rùn)滑油混入各種雜質(zhì)，使油液失效，導(dǎo)致機(jī)器故障，造成經(jīng)濟(jì)損失。
故爾，潤(rùn)滑油必須經(jīng)過(guò)凈化處理才能使用。本文針對(duì)潤(rùn)滑油中混入的水分進(jìn)行提純，在現(xiàn)有真空凈油機(jī)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一款真空凈油機(jī)，將完成總體方案設(shè)計(jì)、過(guò)濾加熱裝置設(shè)計(jì)、三模建模以及繪制工程圖等工作。
關(guān)鍵詞：真空凈油機(jī) 設(shè)計(jì) 三維
Abstract
Where the place of the machinery, you can see the figure of lubricating oil. This is because the machine can add lubricating oil in the lubricating, cooling, antirust, clean, seal, buffer, heat dissipation, etc. In use process, however, for various reasons result in lubricating oil mixed with a variety of impurities, disable oil, lead to malfunction and cause economic losses.
Therefore, should only be used lubricating oil must undergo purification treatment. Lubricating oil mixed with water in the purification, the author of this paper, on the basis of the existing vacuum oil purifier, design a vacuum oil purifier, will complete the overall scheme design, filtering, heating equipment design, Three-dimensionaland drawing engineering drawings, etc.
Key words: Vacuum oil purifierDesignThree-dimensional
II
1 緒論
1.1本課題的目的和意義
世界的發(fā)展離不開(kāi)機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)，機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)離不開(kāi)機(jī)油的潤(rùn)滑。在機(jī)器的摩擦面加入潤(rùn)滑油不僅可以降低摩擦，減輕磨損，保護(hù)零件不遭銹蝕，而且在采用循環(huán)潤(rùn)滑時(shí)還能起到散熱降溫的作用，并且潤(rùn)滑油雜質(zhì)越少，效果就越好。正因?yàn)槿绱耍瑵?rùn)滑油的提純工作就顯得格外重要。然而不管是從石油中提煉的潤(rùn)滑油，還是從收集的廢油提煉的潤(rùn)滑油都含有大量的雜質(zhì)，這是不能直接使用的，必須經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)的機(jī)器的提純才能使用。這種機(jī)器稱(chēng)之為濾油機(jī)或凈油機(jī)（圖1）。
自潤(rùn)滑油誕生之日起，潤(rùn)滑油就被廣泛的應(yīng)用在機(jī)械領(lǐng)域內(nèi)。隨著社會(huì)不斷的發(fā)展，潤(rùn)滑油的需求也以令人吃驚的速度增長(zhǎng)。然而，潤(rùn)滑油最重要的來(lái)源—石油，卻面臨著枯竭的危機(jī)。潤(rùn)滑油在使用過(guò)程中，除了少部分由于揮發(fā)、氧化、泄露外，大部分仍留在機(jī)械設(shè)備中。另一方面，油液會(huì)混入雜質(zhì)，如水分、砂子、塵土、銹渣、碳粒及內(nèi)部金屬磨損顆粒、油品氧化產(chǎn)物，也會(huì)降低油的粘度、抗泡沫性，破壞油膜、增大摩擦，磨損設(shè)備機(jī)件，甚至出現(xiàn)嚴(yán)重事故。根據(jù)一份調(diào)查顯示：機(jī)械設(shè)備失效的70％-85％是由潤(rùn)滑油污染引起的。國(guó)內(nèi)油液污染更為嚴(yán)重，我國(guó)僅機(jī)械行業(yè)每年排放的廢潤(rùn)滑油就達(dá)數(shù)億噸[1]。因此，凈油機(jī)便應(yīng)運(yùn)而生，這不僅實(shí)現(xiàn)了廢物利用，還從一定程度上緩解了能源危機(jī)，減少了環(huán)境污染。
1.2凈油機(jī)工作原理及分析[2]
目前常用的凈油原理有以下7種。
1.2.1重力沉降原理
該原理主要用以除去油中比重較大、顆粒較大的雜質(zhì)，以及在進(jìn)水很?chē)?yán)重的情況下作粗凈化，必須要有其它凈化方法作為補(bǔ)充凈化措施。
1.2.2壓力過(guò)濾原理
該原理也稱(chēng)機(jī)械過(guò)濾原理。即傳統(tǒng)的板框式壓力過(guò)濾機(jī)，它利用油泵壓力在濾紙兩面形成壓差，使廢油通過(guò)濾紙時(shí)，將雜質(zhì)與水分濾去。但效率低、操作麻煩、濾紙用量大、成本高、擊穿電壓提高不明顯。脫水能力完全取決于濾紙的干燥程度，使用前不烘烤，或不勤換濾紙。濾紙將會(huì)迅速與油中的含水達(dá)到平衡狀態(tài)，即出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，甚至將水分釋放給油渣。
1.2.3離心分離原理
該原理利用廢油中的油、水雜質(zhì)的比重不同。在高速旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力作用下，使油、水、雜質(zhì)分開(kāi)達(dá)到凈化目的。該法對(duì)要求不高、含水很重的廢透平油、液壓油、機(jī)械油可作預(yù)處理，效率較高。但它不能除去溶解的水分，并且凈化程度不如壓力式過(guò)濾機(jī)。離心分離機(jī)只能作為一種粗濾裝置。
1.2.4真空分離原理
該原理利用油與水存在較大沸點(diǎn)差，使油在高真空和一定溫度下產(chǎn)生霧化或形成油膜，使水分汽化，脫除油中水分、氣體、并濾去雜質(zhì)。真空凈油機(jī)的性能、效率，因結(jié)構(gòu)很多，各不相同。新一代體積、能耗均很小的高效型設(shè)備正在逐漸取代傳統(tǒng)真空凈油機(jī)。
1.2.5凝聚凈化原理
該原理采用特殊過(guò)濾塔，以組合細(xì)小的、分散的水滴成大水滴，大水滴被阻留在塔內(nèi)。經(jīng)過(guò)逐漸匯集，最后落到分離室底部。這種方法主要用于含水較重的油液。并且一般不作為單獨(dú)的凈化手段使用。
1.2.6靜電分離原理
該原理利用廢油流經(jīng)高壓(10 ~ 40kV )直流電場(chǎng)時(shí)，油中的極性分子，如水、酸性組分、油泥、大小離子等極性物質(zhì)將會(huì)帶電、分極和激勵(lì)，從而利用電化學(xué)的靜電引力，使它們吸附和聚集，把雜質(zhì)去掉，而純凈的油液不易吸附，在油壓作用下可強(qiáng)行通過(guò)電場(chǎng)，從而起到凈化目的但該法目前應(yīng)用還很少，效率偏低，故障率較高，維修困難。
1.2.7再生凈化原理
再生凈化原理又分吸附劑原理和化學(xué)再生原理，吸附劑法包括接觸法和滲濾法。傳統(tǒng)的吸附劑法利用活性白土，硅膠等具有較大活性表面的吸附材料，對(duì)廢油中的酸性成份、樹(shù)脂、瀝青質(zhì)，不飽和烴和水等有較強(qiáng)吸附能力的特點(diǎn)，使吸附劑與廢油充分接觸，除去有害物質(zhì)。
1.3凈油機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀[3]
國(guó)外凈油機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀：國(guó)外的凈油機(jī)發(fā)展較早，技術(shù)先進(jìn)，占據(jù)著大部分凈油機(jī)的市場(chǎng)。國(guó)外有名的公司和產(chǎn)品有：美國(guó)頗爾（PALL）公司HNP021、HVP 2703凈油機(jī)、THP070高真空變壓器油凈化設(shè)備、日本加滕（KATO）公司KLVC-8AXSO-II 30000 L/h型全自動(dòng)凈油機(jī)、KLVC-AX-IA 6000L/h型帶電在線凈油機(jī)、瑞典HERING公司EOK型凈油機(jī)、瑞士麥克菲爾（MICAFIL）公司VH061-E型凈油機(jī)等。
國(guó)內(nèi)凈油機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀：國(guó)內(nèi)凈油機(jī)制造業(yè)現(xiàn)狀從產(chǎn)品質(zhì)量來(lái)看，國(guó)產(chǎn)凈油機(jī)與進(jìn)口凈油機(jī)的差距已經(jīng)在逐步縮小，但自主創(chuàng)新能力缺乏，模仿情況依然普遍存在。而在價(jià)格方面，國(guó)產(chǎn)設(shè)備仍然要比波爾等進(jìn)口的低很多。目前國(guó)產(chǎn)凈油機(jī)在中國(guó)油處理、凈油設(shè)備市場(chǎng)上的占有率已經(jīng)超過(guò)了六成。從市場(chǎng)需求來(lái)看，我國(guó)作為機(jī)電產(chǎn)品制造大國(guó)，凈油機(jī)的市場(chǎng)有很大的發(fā)展?jié)摿?，現(xiàn)在凈油機(jī)行業(yè)正面臨著產(chǎn)品的升級(jí)，如普通壓力式板框凈油機(jī)將會(huì)向高效雙級(jí)真空凈油機(jī)發(fā)展。
1.4GRJ-50型高效凈油機(jī)簡(jiǎn)介（圖2）
本次設(shè)計(jì)的真空凈油機(jī)以GRJ-50型高效凈油機(jī)為模板，參照GRJ-50型高效凈油機(jī)的工藝流程和設(shè)計(jì)思路，設(shè)計(jì)一款立式高效凈油機(jī)。GRJ-50型高效凈油機(jī)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：①采用先進(jìn)的大面積混流式油水分離專(zhuān)利技術(shù)，脫氣脫水效率高；②采用強(qiáng)風(fēng)冷凝除水，增強(qiáng)了設(shè)備輸出功率，延長(zhǎng)真空泵使用壽命;③采用復(fù)合微孔過(guò)濾技術(shù)，壽命長(zhǎng)，可滿足各種過(guò)濾精度要求;④結(jié)構(gòu)緊湊，造型美觀，裝拆容易，清洗方便;⑤可提供大流量的、蒸汽加熱的，或有特殊要求的油凈化系統(tǒng)。
圖1-真空凈油機(jī) 圖2-GRJ-50型高效凈油機(jī)
2真空凈油機(jī)的工作原理簡(jiǎn)介
2.1真空凈油機(jī)凈油原理概述
2.1.1凈油原理
真空凈油機(jī)利用油與水存在較大沸點(diǎn)差，使油在高真空和一定溫度下產(chǎn)生霧化或形成油膜，使水分汽化，脫除油中水分、氣體并濾去雜質(zhì)。
2.1.2真空凈油機(jī)組件名稱(chēng)（圖3、圖4）
真空凈油機(jī)組件包括：粗濾器、加熱器、真空罐、真空泵、油泵、聯(lián)軸器、精濾器、氮?dú)獍l(fā)生器、風(fēng)冷器、緩沖器、冷凝器、電控柜、閥門(mén)、管道、開(kāi)關(guān)、電線、繼電器、機(jī)架等。
圖3-凈油機(jī)正視 圖4-凈油機(jī)側(cè)視
1-真空泵2-油泵3-凝水器4-真空閥5-緩沖器6-風(fēng)冷器7-電控柜8-真空罐9-觀察窗 10-氮?dú)獍l(fā)生器 11-加熱器 12-工具箱 13-氮?dú)膺M(jìn)口閥 14-油位管 15-充氣閥 16-出油閥1 17-回油閥18-精濾器19-進(jìn)油過(guò)濾器20-進(jìn)油閥21-出油閥2
2.2真空凈油機(jī)工藝流程概述
本次的設(shè)計(jì)的立式高效凈油機(jī)參照GRJ-50型真空凈油機(jī)的工藝流程如圖5所示：先打開(kāi)真空泵與真空罐連接的閥門(mén)，讓真空泵抽走設(shè)備中的空氣，使整個(gè)工作系統(tǒng)達(dá)到預(yù)定的真空環(huán)境。然后打開(kāi)進(jìn)油閥，使?jié)櫥蛷倪M(jìn)油管道流入，通過(guò)粗過(guò)濾器（第一次過(guò)濾）除去較大（100μm以上）的雜質(zhì)，流入加熱蒸發(fā)器，使?jié)櫥图訜岬?0℃左右，進(jìn)入真空脫水罐（由真空泵抽成真空狀態(tài)，極限壓力為0.06MPa）后，水成為氣態(tài)而潤(rùn)滑油依然保持液態(tài)，在真空罐中通過(guò)噴淋器、斜板和氮?dú)獾淖饔檬節(jié)櫥椭械乃殖浞謸]發(fā)出來(lái)，真空罐中揮發(fā)出的水蒸氣通過(guò)冷凝器液化成水排出，而潤(rùn)滑油通過(guò)油泵流入精過(guò)濾器（第二次過(guò)濾，精度在10μm）中，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的潤(rùn)滑油則流出待用，沒(méi)有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的，則經(jīng)過(guò)內(nèi)循環(huán)讓潤(rùn)滑油從精過(guò)濾器流回粗過(guò)濾器進(jìn)行多次脫水凈化。
圖5-GRJ-50型高效凈油機(jī)工藝流程圖
3 總體方案設(shè)計(jì)
3.1真空凈油機(jī)草圖方案（圖6）
通過(guò)查閱資料以及參照GRJ-50型高效凈油機(jī)，擬定了真空凈油機(jī)的草圖方案。新設(shè)計(jì)的凈油機(jī)保除了留了GRJ-50凈油機(jī)的工藝流程和部分組件外，其創(chuàng)新之處在于將臥式真空罐設(shè)計(jì)為立式真空罐，使得凈油機(jī)空間更加寬敞，外觀更加規(guī)整。草圖中可以看見(jiàn)主要部件的安放位置和管路布局以及整機(jī)樣式。草圖方案的擬定為組件的設(shè)計(jì)提供了方向和參照，保證了互相聯(lián)系的組件間的位置尺寸、安裝尺寸、裝配尺寸等。
圖6-凈油機(jī)草圖
1-真空罐 2-加熱器 3-粗濾器 4-精濾器 5-油泵 6-真空泵 7-電控柜 8-氮?dú)獍l(fā)生器9-機(jī)架10-凝水器 11-風(fēng)冷器 12-緩沖器
3.2真空凈油機(jī)設(shè)計(jì)要求（表1）
立式真空凈油機(jī)設(shè)計(jì)要求參照GRJ-50型高效凈油機(jī)的設(shè)計(jì)指標(biāo)。該設(shè)計(jì)指標(biāo)是設(shè)計(jì)真空罐、過(guò)濾器、加熱器、油泵、真空泵的主要依據(jù)，同時(shí)為其他組件的設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。
表1凈油機(jī)設(shè)計(jì)指標(biāo)
類(lèi)別
名稱(chēng)
主要性能、參數(shù)
油水分離系統(tǒng)性能指標(biāo)
油中含水量:
閃點(diǎn)（開(kāi)口）:
油溫:
<0.03
達(dá)到該油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求
20～100
真空系統(tǒng)
工作真空度：MPa
抽氣速度：L/s
<-0.09
15
過(guò)濾系統(tǒng)
工作壓力:
過(guò)濾精度:
油中機(jī)械雜質(zhì):
≤0.35
≤10
≤0.03
脫氮系統(tǒng)
氣體流量：m3/h
空氣中氧含量:%
0～0.08
<5
3.3真空罐草圖設(shè)計(jì)說(shuō)明
真空罐是油液中水蒸氣分離的反應(yīng)容器?？展迌?nèi)的水蒸氣是以微小的氣泡形式存在的，當(dāng)溫度和真空度條件滿足的情況下，水分的蒸發(fā)過(guò)程同時(shí)在潤(rùn)滑油的表面和內(nèi)部進(jìn)行。由于油液處于不斷“沸騰”流動(dòng)的狀態(tài)，揮發(fā)出來(lái)的氣體被真空泵抽到冷凝器中冷卻，而沒(méi)有揮發(fā)出來(lái)的水蒸氣，則繼續(xù)夾雜在潤(rùn)滑油中。真空罐的脫水效率與溫度、工作壓力、真空罐內(nèi)的空氣流動(dòng)性有關(guān)，溫度越高水蒸發(fā)越快，工作壓力越低水蒸發(fā)越快，空氣流動(dòng)性越好水蒸發(fā)越快。真空罐一般分為立式真空罐和臥式真空罐，材質(zhì)一般為不銹鋼。本次設(shè)計(jì)的真空采用立式的，一方面可以節(jié)省空間位置，另一方面可以提升脫水凈化效果。
3.3.1真空罐設(shè)計(jì)計(jì)算
①有效厚度設(shè)計(jì)計(jì)算[4]
根據(jù)工作真空度<-0.09MPa，臨界壓力取。利用勃萊斯公式：（3-1）
式中：—長(zhǎng)圓筒的有效厚度，；
—長(zhǎng)圓筒的名義厚度，；
—長(zhǎng)圓筒的中間面直徑，可近似地取圓筒外徑，，；
—圓筒材料的彈性模量；對(duì)于鋼制圓筒；
—圓筒材料的泊松比，對(duì)于鋼制圓筒，可近似??；
—穩(wěn)定系數(shù)，我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)。
取，，，則（3-1）可改為：
（3-2）
取，利用（3-2）可得到：，取整數(shù)5。
②計(jì)算長(zhǎng)度的設(shè)計(jì)計(jì)算
實(shí)踐證明真空罐的容積一般為公稱(chēng)流量的3～5倍，，公稱(chēng)流量取40，取真空罐容積為200。根據(jù)真空罐容積公式：
（3-3）
將帶入公式（3-3）中可得：。又考慮到真空罐內(nèi)安裝網(wǎng)孔板、噴淋器會(huì)占用一部分真空罐容積，故取。
③外壓球殼設(shè)計(jì)計(jì)算
根據(jù)外壓球殼設(shè)計(jì)公式：
（3-4）
應(yīng)大于或等于設(shè)計(jì)外壓力，為一個(gè)大氣壓力0.1。系數(shù)可以根據(jù)《壓力容器及過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)》，圖3-4可查得將，
帶入公式（3-4）中可求得，因?yàn)楣嗜?
。由于長(zhǎng)圓筒的中間面直徑，故。
3.3.2真空罐草圖設(shè)計(jì)
根據(jù)3.3.1的計(jì)算結(jié)果，確定了真空罐的主要參數(shù)。可以利用Solidworks設(shè)計(jì)出三維草圖（圖7）和AutoCAD繪制二維草圖（圖8）。
圖7-真空罐三維草圖圖8-真空罐二維草圖
3.4油泵選擇方案
油泵為油液提供動(dòng)力，使油液能完成整個(gè)過(guò)濾工作。油泵一端口與真空泵相通，另一端和精濾器相通。油泵是成品，不需要專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)生產(chǎn)，只要確定了主要參數(shù)[5]，就可以選擇產(chǎn)品。
3.4.1油泵種類(lèi)確定
油泵種類(lèi)的確定：常用的油泵按結(jié)構(gòu)可分為齒輪泵、葉片泵、柱塞泵三種。齒輪泵用于低壓系統(tǒng)，對(duì)油液污染不敏感；葉片泵輸出流量均勻、脈動(dòng)小、噪聲小，但吸油特性不太好、對(duì)油液污染敏感；柱塞泵容易得到高精度的配合、泄漏小、容積效率高，和葉片泵一起常用于高壓系統(tǒng)中，對(duì)油液污染也敏感。由于真空罐為負(fù)壓系統(tǒng)且油液有雜質(zhì)，因此真空凈油機(jī)選用齒輪泵作為進(jìn)、排油泵。
3.4.2油泵參數(shù)確定
①油泵工作壓力的確定：為提高系統(tǒng)的可靠性，延長(zhǎng)泵使用壽命，一般真空凈油機(jī)中油泵的正常工作壓力為泵額定壓力的70％～80％。由于系統(tǒng)在負(fù)壓條件下運(yùn)行工作且沒(méi)有液壓缸及液壓馬達(dá)等執(zhí)行元件即p=0因此油泵的工作壓力應(yīng)不高于0.5。
(3-5)
為0.06MPa,由于沒(méi)有液壓缸等元件，所以。所以P定為2.5。
②油泵工作流量的確定:齒輪泵的流量大于系統(tǒng)工作時(shí)的最大流量，根據(jù)表可選油泵的流量。
(3-6)
K為泄露系數(shù)為1.2，，所以：
。
此次設(shè)計(jì)選擇的油泵型號(hào)為Y100L1-4，功率為2.2，流量為100，轉(zhuǎn)速為1430，電壓為380V，電流為5。
3.4.3油泵的三維建模
油泵的電機(jī)（圖9）、齒輪泵（圖10）、聯(lián)軸器（圖11）均以實(shí)物測(cè)繪為準(zhǔn)建立三維模型。油泵的確定為真空罐的總體高度和出油管路的參數(shù)確定有著重要意義。
圖9-油泵電機(jī)圖10-齒輪泵圖11-凸緣聯(lián)軸器
3.5真空泵選擇方案
真空泵為真空罐提供工作壓力，在低壓下油液沸點(diǎn)會(huì)降低，保證油液中水蒸氣能夠分離。真空泵通過(guò)緩沖器、風(fēng)冷器與真空罐相通。真空泵是成品，不需要專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)生產(chǎn)，只要確定了主要參數(shù)，就可以選擇產(chǎn)品。
3.5.1真空泵參數(shù)方案
①真空泵泵體的選擇[6]：真空泵的選擇主要依據(jù)泵需要抽掉的氣體總量，因真空泵抽氣速率決定著真空罐體真空度的大小，選取時(shí)還應(yīng)當(dāng)考慮抽氣速率應(yīng)大于或等于排油泵排量的1～2倍；且能保證在1～2min內(nèi)將罐體和管道的氣體壓力抽0.06更低。本次設(shè)計(jì)選擇的是2X-15A型旋片式真空泵，抽氣速率為15L/S，功率為1.5，極限壓力為0.06，轉(zhuǎn)速為470。
標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下真空泵抽氣能力：=工作真空度×真空泵的抽氣能力/標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。
標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的脫氣能力：。
在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，1摩爾的水體積為22.4L，重量為18g，則脫水能力。
②真空泵電機(jī)選擇：真空泵電機(jī)和真空泵泵體是一套機(jī)器，只要確定了真空泵體，就會(huì)有配套的電機(jī)，無(wú)需再設(shè)計(jì)，這包括帶輪、皮帶、固定螺栓、防護(hù)罩等。GRJ-50型高效凈油機(jī)的真空泵電機(jī)、皮帶、防護(hù)罩可以滿足要求。
3.5.2真空泵三維模型
通過(guò)3.5.1的參數(shù)可以設(shè)計(jì)出真空泵泵體（圖12）、電機(jī)（圖13）、整機(jī)（圖14），為風(fēng)冷器、凝水器的設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。
圖12-真空泵泵體 圖13-真空泵電機(jī) 圖14-真空泵整機(jī)
3.6風(fēng)冷器選擇方案
風(fēng)冷器是為真空罐分離的氣體、水分降溫，避免溫度過(guò)高經(jīng)過(guò)真空泵時(shí)影響真空泵的正常工作。風(fēng)冷器是成品，不需要專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)生產(chǎn)，只要確定了主要參數(shù)，就可以選擇產(chǎn)品。
本次設(shè)計(jì)選擇的冷凝器型號(hào)為AH0608，散熱面積為15㎡，風(fēng)扇電機(jī)功率為90-120W，風(fēng)量為1800m3/h。，風(fēng)冷器三維建模見(jiàn)圖15。
圖15-風(fēng)冷器 圖16-緩沖器
3.7緩沖器設(shè)計(jì)說(shuō)明
緩沖器介于風(fēng)冷器、真空泵之間，下端連接凝水器。緩沖器由于體積較大，可以減小氣體水分的沖擊，使得進(jìn)入真空泵、凝水器的水分、氣體平穩(wěn)，減少?zèng)_擊和振動(dòng)。
緩沖器不是標(biāo)準(zhǔn)件，可以根據(jù)風(fēng)冷器，真空泵的尺寸大小、位置關(guān)系設(shè)計(jì)緩沖器尺寸。三維建模見(jiàn)圖16。
3.8凝水器設(shè)計(jì)說(shuō)明
冷凝器是保證真空泵抽出的水蒸汽和輕油可以冷凝成為液體，選擇冷凝器的主要參數(shù)是散熱面積。冷凝器與緩沖器相連，冷凝器頂端開(kāi)口用于排氣，底端開(kāi)口用于排水，選用原則根據(jù)緩沖器的大小和與真空泵的位置關(guān)系，其設(shè)計(jì)尺寸參照GRJ-50型凈油機(jī)冷凝器，開(kāi)口的位置、大小根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)。三維建模見(jiàn)圖17。
圖17-凝水器圖18-氮?dú)獍l(fā)生器
3.9氮?dú)獍l(fā)生器選擇方案
氮?dú)獍l(fā)生器即富氮脫氧裝置，與真空罐底部相連，利用氮?dú)獠慌c油液反應(yīng)且互不相容，沖入氮?dú)饪梢詳嚢栌鸵?，使油液中水蒸氣體充分分離。
氮?dú)獍l(fā)生器的選擇根據(jù)表一的氣體流量: 0～0.08，空氣中氧含量: <5。GRJ-50型高效凈油機(jī)富氮脫氧裝置滿足工作需求。三維模型見(jiàn)圖18。
3.10電控柜設(shè)計(jì)說(shuō)明
電控柜上裝有開(kāi)關(guān)、按鈕、繼電器、電線、壓力表、溫度表等元件，可實(shí)現(xiàn)對(duì)凈油機(jī)監(jiān)控。
電控柜（圖19）的設(shè)計(jì)根據(jù)真空罐和凝水器的高度以及便于操作的原則設(shè)計(jì)，電控柜一部分參照GRJ-50型真空凈油機(jī)電控柜的設(shè)計(jì)參數(shù)，一部分根據(jù)實(shí)際位置關(guān)系設(shè)計(jì)。
圖19-電控柜圖20-進(jìn)油過(guò)濾器濾芯 圖21-進(jìn)油過(guò)濾器罐體
4 過(guò)濾加熱裝置的設(shè)計(jì)
4.1進(jìn)油過(guò)濾器設(shè)計(jì)說(shuō)明
過(guò)濾器可以濾除外部混入或者系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的固體雜質(zhì)，使油液保持清潔，保證系統(tǒng)工作的可靠性。過(guò)濾器的過(guò)濾精度用雜質(zhì)的顆粒大小表示，一般可分為粗過(guò)濾器、普通過(guò)濾器、精過(guò)濾器和超精過(guò)濾器四種，分別是：大于100μm為粗過(guò)濾器，10～100μm為普通過(guò)濾器，5～10μm為精過(guò)濾器，1～5μm為超精過(guò)濾器。過(guò)濾器的選擇。選擇過(guò)濾器時(shí)在保證精度的前提下，通油能力越大越好。①具有足夠的通油能力，壓力損失小；②過(guò)濾精度滿足要求；③濾芯有足夠的強(qiáng)度；④濾芯抗腐蝕性好，能在規(guī)定溫度下長(zhǎng)期工作；⑤濾芯更換，清洗及維護(hù)方便[7]。
4.1.1濾芯設(shè)計(jì)說(shuō)明
進(jìn)油過(guò)濾器濾芯可選擇過(guò)濾精度可選擇10～100μm的普通過(guò)濾濾芯，濾芯的尺寸大小可參照GRJ-50型高效凈油機(jī)的進(jìn)油過(guò)濾器濾芯。三維模型見(jiàn)圖20。
4.1.2罐體設(shè)計(jì)說(shuō)明
根據(jù)濾芯的大小設(shè)計(jì)相應(yīng)的罐體大小，由于精油過(guò)濾器與外界相通，其內(nèi)部壓力為一個(gè)大氣壓，無(wú)需特別設(shè)計(jì)和校核，其外形、尺寸可參照GRJ-50型高效凈油機(jī)進(jìn)油過(guò)濾器。三維模型見(jiàn)圖21。
4.2精濾器設(shè)計(jì)說(shuō)明
精濾器是油液最后一道過(guò)濾裝置，將油液中殘余的雜質(zhì)濾去。精濾器主要由精濾罐、濾芯組成。
4.2.1濾芯設(shè)計(jì)說(shuō)明
精濾器濾芯可選擇過(guò)濾精度可選擇5～10μm的精濾濾芯。濾芯的尺寸大小可參照GRJ-50型高效凈油機(jī)的精濾器濾芯。三維模型見(jiàn)圖22。
圖22-精濾器濾芯 圖-23精濾罐圖-24加熱管
4.2.2罐體設(shè)計(jì)說(shuō)明
根據(jù)濾芯的大小設(shè)計(jì)相應(yīng)的罐體大小，由于精油過(guò)濾器與外界相通，其內(nèi)部壓力為一個(gè)大氣壓，無(wú)需特別設(shè)計(jì)和校核，其外形、尺寸可參照GRJ-50型高效凈油機(jī)精濾器。三維模型見(jiàn)圖23。
4.3加熱器設(shè)計(jì)說(shuō)明
加熱器的確定包含加熱溫度確定和加熱器的計(jì)算與選擇。加熱溫度的確定。正常工作的油溫在80℃以下，結(jié)合飽和蒸汽壓與溫度的關(guān)系，確定真空度為0.06Mpa，此時(shí)水的蒸發(fā)溫度為70℃，油液能夠保持其性能。因此，油液需要加熱60到70度。
4.3.1加熱管設(shè)計(jì)說(shuō)明
在前面已經(jīng)知道加熱溫度為70℃左右，計(jì)算加熱器功率可以利用熱功公式[8]：
（4-1）
—潤(rùn)滑油比熱容：；
—油液密度：；
—公稱(chēng)流量：；
—一個(gè)循環(huán)內(nèi)的溫度差：510℃；
—加熱時(shí)間：；
—加熱效率：。
可?。?，，。所以，經(jīng)計(jì)算得，考慮到管道和加熱器的熱損失（20％），計(jì)算得：，取加熱功率。根據(jù)計(jì)算可選型號(hào)的BSW-380/42加熱管。
4.3.2加熱罐設(shè)計(jì)說(shuō)明
在4.3.1中已經(jīng)設(shè)計(jì)好加熱管，根據(jù)加熱管的尺寸，設(shè)計(jì)相適應(yīng)的加熱罐，要考慮與進(jìn)油過(guò)濾器、真空罐的配合。加熱罐的厚度、外觀均參照GRJ-50型高效凈油機(jī)的加熱罐，其頂部開(kāi)口根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)。三維模型見(jiàn)圖25。
4.4真空罐最終設(shè)計(jì)說(shuō)明
在3.3中只是設(shè)計(jì)出真空罐草圖，這是由于與真空罐相連的加熱器、風(fēng)冷器、氮?dú)獍l(fā)生器、油泵沒(méi)能確定，無(wú)法完成真空罐的外部和內(nèi)部設(shè)計(jì)。
4.4.1真空罐外部設(shè)計(jì)說(shuō)明[10]
根據(jù)3.3設(shè)計(jì)真空罐尺寸為。通過(guò)應(yīng)力計(jì)算來(lái)確定材料的型號(hào)。
罐體內(nèi)壓力：（4-2）
罐體外壓力： （4-3）
所以真空罐所承受的壓力為。
因此在計(jì)算真空罐應(yīng)力的時(shí)候主要考慮的是大氣壓對(duì)罐體的應(yīng)力
（4-4）
由計(jì)算可知，真空罐受到的最大應(yīng)力為5MPa,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于20鋼的許用應(yīng)力[σ]，所以真空罐的厚度合理。
頂端端蓋用螺栓與罐體連接，需要8個(gè)材質(zhì)Q235的M12的螺栓，下面進(jìn)行螺栓的強(qiáng)度校核：
每個(gè)螺栓所受的軸向載荷：（4-5）
公式中：為總載荷，Z為螺栓個(gè)數(shù)
所以，經(jīng)計(jì)算，每個(gè)螺栓所受載荷為：
螺栓危險(xiǎn)截面的拉伸強(qiáng)度條件為：（4-6）
公式中：d為螺栓公稱(chēng)直徑，為許用應(yīng)力
經(jīng)過(guò)計(jì)算可知：
螺紋連接的許用應(yīng)力計(jì)算：（4-7）
公式中：為屈服極限取245MPa，S為安全系數(shù)取5~4，所以，經(jīng)計(jì)算得螺紋連接的許用應(yīng)力為49~61MPa
由于41MPa小于49MPa，故合理。
下面計(jì)算螺栓桿的剪切強(qiáng)度：（4-8）
公式中：f為摩擦系數(shù)取0.10-0.16，d為螺桿公稱(chēng)直徑
經(jīng)計(jì)算得
下面計(jì)算螺桿的許用剪切應(yīng)力：（4-9）
公式中：為屈服極限取235MPa，為安全系數(shù)取2~2.5，經(jīng)過(guò)計(jì)算得=94-117.5MPa。所以，螺桿的剪切應(yīng)力也合理。
綜上所述：真空罐本體用20鋼沖壓成型，右端蓋用螺栓與罐體連接，罐體外敷15mm厚的巖棉保護(hù)層，保護(hù)層外再設(shè)1mm厚的不銹鋼來(lái)保護(hù)外殼
在圖26中，頂部左端開(kāi)口與泄壓閥相連，右端開(kāi)口與加熱器相連。底面管道高度由電機(jī)高度決定。由上往下第二個(gè)開(kāi)口與風(fēng)冷器相連。第三個(gè)突出的螺栓是固定螺栓。底部左面開(kāi)口與氮?dú)獍l(fā)生器相連，右面開(kāi)口與油泵相連，底部和機(jī)架固定。
圖25-加熱罐圖-26真空罐外觀圖-27噴淋器、網(wǎng)孔板、觀察窗
4.4.2真空罐內(nèi)部設(shè)計(jì)說(shuō)明
內(nèi)部（圖27）主要是噴淋器、網(wǎng)孔板的設(shè)計(jì)。噴淋器將油液噴淋成霧狀，利于水分、氣體的揮發(fā)。網(wǎng)孔板是在網(wǎng)孔處形成油膜，增大揮發(fā)面積。真空罐的噴淋器和斜板選用不銹鋼材質(zhì)。噴淋器焊接在罐體上部，斜板間隔為100mm，布置5塊，在罐體內(nèi)設(shè)置槽口（角度為），用于斜板的固定[11]。噴淋器、網(wǎng)孔板均參照GRJ-50型凈油機(jī)的噴淋器、網(wǎng)孔板。觀察窗用于觀察真空罐中油液的高度，以方便通過(guò)控制進(jìn)油閥和出油閥來(lái)調(diào)節(jié)油液高度，位置由噴淋器、網(wǎng)孔板位置確定。
5 凈油機(jī)機(jī)架設(shè)計(jì)
凈油機(jī)機(jī)架是固定凈油機(jī)部件的裝置，并使組件保持良好的配合，為凈油機(jī)的正常持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)提供保障。機(jī)架的材料可以選擇45鋼，機(jī)架的尺寸與外觀根據(jù)組件的大小，組件與組件的配合，組件與機(jī)架的配合，滿足力學(xué)要求，利于操作等確定，部分尺寸參照GRJ-50型高效凈油機(jī)的機(jī)架尺寸。在圖28中可以看到：在機(jī)架上安裝了滾輪、鐵板，焊接了凸臺(tái)、鐵條，鉆了螺紋孔。當(dāng)部件在機(jī)架上安裝好后就可以設(shè)計(jì)螺栓、螺帽、管道、閥門(mén)等零件。
圖28-機(jī)架
6 管路設(shè)計(jì)
管路設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)管路的直徑和厚度，長(zhǎng)度根據(jù)兩組件位置關(guān)系來(lái)設(shè)計(jì)。
常見(jiàn)的管道有鋼管、銅管、膠管、尼龍管和塑料管等。銅管抗震性差，膠管用在相互運(yùn)動(dòng)的的管道中，而尼龍管不常用，鋼管價(jià)格便宜安裝方便，所以我們選擇鋼管作為本次設(shè)計(jì)的凈油機(jī)管道[12]。管道直徑的確定：
(6-1)
為公稱(chēng)流量 為管道流速一般取。計(jì)算得出管道直徑為：。由于進(jìn)油管道在真空負(fù)壓下，油液流速較快，所以進(jìn)油管道一般小于或者等于出油管道，故此本次設(shè)計(jì)的進(jìn)油管道通徑為35，外徑為40（圖29），壁厚為2.5。出油管道通徑為40，外徑為45（30），壁厚為2.5，材料為20鋼。管道與管道間，管道與油泵間，均采用法蘭盤(pán)連接，法蘭盤(pán)的具體尺寸根據(jù)查表可得。管道的校核：
(6-2)
為工作壓力，為管道內(nèi)徑，為鋼管許用應(yīng)力。對(duì)于鋼管：
(6-3)
為抗拉強(qiáng)度，為安全系數(shù)。查表得，所以。
進(jìn)油管厚度校核： 故管道設(shè)計(jì)合理。由于出油管道在常壓下工作，不需要校核。
圖29-外徑40管道圖30-外徑45管道
7法蘭盤(pán)設(shè)計(jì)
法蘭主要是用來(lái)連接管道，屬于標(biāo)準(zhǔn)件，一般成對(duì)安裝使用。根據(jù)設(shè)計(jì)中管道的尺寸選擇法蘭盤(pán)的尺寸，所以此次選擇的法蘭盤(pán)有兩種，一種安裝在管徑為40mm的管道中，另外一種安裝在管徑為30mm的管道中。公稱(chēng)直徑45mm（圖31）的法蘭盤(pán)需要4顆M14的螺栓連接，公稱(chēng)直徑35mm（圖32）的法蘭盤(pán)需要4顆M12的螺栓連接[13]。為了達(dá)到更好的密封環(huán)境，可在兩個(gè)法蘭盤(pán)之間加上密封墊。
圖31-DN45法蘭盤(pán)圖32-DN35法蘭盤(pán)圖33-閘閥
8閥門(mén)設(shè)計(jì)
在本次的設(shè)計(jì)當(dāng)中共有2類(lèi)閥門(mén)，9個(gè)閥門(mén)。一類(lèi)是閘閥（圖33），一類(lèi)是球閥（圖34）。閘閥可以調(diào)節(jié)流量大小，如進(jìn)油閥、卸油閥、出油閥1、出油閥2、充氣閥、凝水閥。球閥可以實(shí)現(xiàn)管路間的瞬時(shí)通斷，如氮?dú)膺M(jìn)口閥、回油閥、泄氣閥。閥門(mén)種類(lèi)的選擇與具體要求有關(guān)，閥門(mén)的大小與管徑有關(guān)。出油、出氣管道可選內(nèi)徑為35mm的閥門(mén)，進(jìn)油進(jìn)氣可選內(nèi)徑為40mm的閥門(mén)。為了使凈油機(jī)能正常工作往往需要通過(guò)調(diào)節(jié)油液或氣體、水分的大小或通斷。進(jìn)出油口、真空罐氮?dú)馊肟凇⑿队涂?、凝水口由于行程太長(zhǎng)，反饋較慢，需要循序漸進(jìn)調(diào)節(jié)，所以選擇閘閥。氮?dú)膺M(jìn)氣口、回油口、卸氣口行程較短，反饋迅速，需要瞬時(shí)調(diào)節(jié)，所以選擇球閥。
圖34-球閥 圖35-凈油機(jī)一部分配合
9凈油機(jī)三維裝配設(shè)計(jì)
裝配圖[14]是建立在零件三維圖的基礎(chǔ)之上的，導(dǎo)入之前設(shè)計(jì)好的真空罐、真空泵、油泵、氮?dú)獍l(fā)生器、加熱器、精濾器、進(jìn)油過(guò)濾器、風(fēng)冷器、凝水器、緩沖器、電控柜、機(jī)架、閥門(mén)、螺栓、螺母、管道等組件。配合（圖35）完畢后，可以直觀的觀察真空凈油機(jī)的正視圖（圖36）、左視圖（圖37）、右視圖（圖38）、后視圖（圖39）、俯視圖（圖40）、等軸測(cè)視圖（圖41）、線架圖（圖42）等。三維圖裝配圖為后面二維圖的繪制打下了基礎(chǔ)。
圖36-真空凈油機(jī)左視圖
圖37-真空凈油機(jī)左視圖
圖38-真空凈油機(jī)右視圖
圖39-真空凈油機(jī)后視圖
圖40-真空凈油機(jī)俯視圖
圖41-真空凈油機(jī)等軸測(cè)視圖
圖42-真空凈油機(jī)線架圖
10凈油機(jī)工程圖設(shè)計(jì)
利用solidworks軟件將三維零件圖和裝配圖轉(zhuǎn)換為二維工程圖[15](圖43)，然后對(duì)其進(jìn)行修改、標(biāo)注。完成進(jìn)油過(guò)濾器（附圖一）、精濾器（附圖二）、加熱器（附圖三）、加熱管（附圖四）、進(jìn)油過(guò)濾器濾芯（附圖五）、精濾器濾芯（附圖六）、機(jī)架（附圖七）、緩沖器（附圖八）、凝水器（附圖九）、真空凈油機(jī)平面裝配圖（附圖十）、真空凈油機(jī)立體裝配圖（附圖十一）的繪制。
圖42-生成凈油機(jī)二維工程圖
11 總結(jié)
畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠完成，在于參考同類(lèi)型的真空凈油機(jī)，模仿其設(shè)計(jì)思路，并利用Solidworks繪制三維模型，將空想的凈油機(jī)具體化，這為后來(lái)二維工程圖和畢業(yè)論文的完成起到至關(guān)重要的作用。通過(guò)大學(xué)理論知識(shí)的運(yùn)用和參考圖書(shū)館資料，完成了凈油機(jī)真空罐、真空泵、油泵、加熱器、過(guò)濾器、風(fēng)冷器、氮?dú)獍l(fā)生器、閥門(mén)、凝水器、緩沖器、電控柜、機(jī)架、法蘭盤(pán)等尺寸設(shè)計(jì)和產(chǎn)品選擇。Solidworks利用這些尺寸繪制三維圖，并組裝成凈油機(jī)裝配圖，這為管路設(shè)計(jì)提供了便利。再利用Solidworks將三維圖生成二維工程圖，修改并標(biāo)注尺寸。
這次畢業(yè)設(shè)計(jì)最大的收獲就是，利用Solidworks將產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)合起來(lái)，能節(jié)約大量的產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)間，而且能模擬產(chǎn)品的工作狀態(tài)，驗(yàn)證產(chǎn)品是否合格。特別是為大型、精密型的產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供很大幫助。
由于時(shí)間倉(cāng)促和建模零件、配合太多，難免會(huì)出現(xiàn)一些錯(cuò)誤，這為工程圖的繪制造成一些錯(cuò)誤，在此深感抱歉。
致謝
為期一個(gè)學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）結(jié)束了，我的四年大學(xué)生活也接近尾聲，在此我要十分感謝我的畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師龔海峰！龔老師對(duì)我的指導(dǎo)讓我順利完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)。我還要感謝同學(xué)和室友對(duì)我的支持！感謝母校對(duì)我的培養(yǎng)！
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