纸机干燥部润滑油箱的油水分离特性研究及结构优化--1%3Dis

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2、力工程及工程热物理培养单位：机电工程学院硕士生：韩鹏高导师：张锋副教授2018年5月StudyonOil-WaterSeparationCharacterinLubricationOilTankofPaperMachine’sDryerSectionandStructuralOptimizationAThesisSubmittedtoShaanxiUniversityofScienceandTechnologyinPartialFulfillmentoftheRequirementsforthe

3、DegreeofMasterofEngineeringScienceByPenggaoHanSupervisor:Prof.FengZhangMay2018纸机干燥部润滑油箱的油水分离特性研究及结构优化摘要当前，高速纸机干燥部普遍采用循环稀油润滑系统对烘缸轴承、传动齿轮等关键设备进行润滑维护。由于这些设备负载大、转速高，所以对润滑质量要求极高。但实际中纸机干燥部湿度大、温度高的工作环境和润滑系统密闭性不强的问题，使得蒸汽极易渗入到油液中并冷凝成液态水，久而久之引起润滑油的乳化、氧化、粘度降低，而

4、大大降低稀油润滑质量，导致设备腐蚀和锈蚀。有工业数据显示，由于润滑不当引起的干燥部烘缸轴承故障比例高达75%。其中，水是造成干燥部润滑油失效、润滑质量差的主要原因。重力式矩形油箱是润滑系统中油液去除水分的主要设备，但其内部存在油液循环性差、油水分离效率低的缺点，往往导致油箱体积过大、油液润滑质量差，而且还带有一定安全隐患。因此，分析油箱内部油水分离特性、优化其结构对提高油水分离效率、保证油品润滑质量具有重要实际意义。本课题围绕纸机干燥部稀油润滑系统重力式油箱内润滑油循环效率及油水分离效率低的问题

5、展开。为提高传统油箱内油水分离效率和混合液流动特性，基于液滴碰撞聚结分离技术和重力分离技术，对传统油箱三维结构进行优化设计，并对两相混合物在倾斜板间的流场进行了数理推导。通过Fluent对传统型和优化后的新型油箱模拟仿真研究，以油箱内油水两相的体积分布和流场速度分布为优化依据，得出了聚结构件最优参数。主要研究工作如下：（1）利用Fluent软件中多相流VOF模型的瞬态计算方法，对一定工况下，干燥部稀油润滑传统矩形油箱内的流场进行模拟。结果显示油箱内油液中的水分呈散乱分布，不能在箱底形成液态水层；

6、当在距离油箱进口120～140mm内添设挡板能增强油液的流动性，一定程度上提高了油水分离效率。（2）对重力分离理论和碰撞聚结理论进行研究，在传统油箱结构基础上进行结构改进，将油箱内部划分成聚结区和沉降区。聚结区设计成带有斜度的部分,在聚结区内添加波纹聚结板。并对聚结板间的油水分层流动、连续相中液滴的速度模型进行了数理推导。最后利用SolidWorks软件对油箱内主要构件进行三维结构设计。（3）利用Fluent对优化后的新型油箱内流场分布进行仿真研究。并对I聚结区内聚结板结构主要参数为长度，角度和

7、数量进行参数优化。从仿真结果中看出，聚结区的速度分布直接影响着沉降区油水分离效率，聚结板对混合液起到一定缓冲作用，防止其对沉降区流场产生大的干扰。板长度越长，稳流效果越好，通道内的分散相液滴聚结效果越好。通过对相同工况下油箱内油水两相体积分数和流场速度分布的详细分析，得到了聚结构件对油水分离的影响规律和聚结板最佳参数。当聚结板角度为45o，长度为400mm，板间距为54mm（12块），沉降区的分离效率最高，和传统油箱结果相比，新型矩形油箱内聚结板的使用使油水分离效率得到较大提高，从65.05%提

8、升到86.56%，且使油箱内混合液的流动更加均匀。课题对油箱结构的优化方法及通过Fluent仿真分析得到的数据和结论对有纸机干燥部稀油润滑油箱的结构改进及进一步提高其润滑质量具有一定参考价值和实际指导意义。关键词：纸机干燥部，稀油润滑油箱，油水分离，数值仿真，结构优化IIStudyonOil-WaterSeparationCharacterinLubricationOilTankofPaperMachine’sDryerSectionandStructuralOptimizationABSTRA