珩磨用高精度純油過濾自動(dòng)凈化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉　坤

(湖北第二師范學(xué)院 計(jì)算機(jī)學(xué)院， 武漢 430205)

?

珩磨用高精度純油過濾自動(dòng)凈化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉坤

(湖北第二師范學(xué)院 計(jì)算機(jī)學(xué)院， 武漢 430205)

摘要：發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生一些油污方面的問題，為了充分解決發(fā)電機(jī)這個(gè)方面的問題，本文開展了珩磨用高精度純油中各種雜質(zhì)的凈化技術(shù)，該凈化技術(shù)根據(jù)根據(jù)相關(guān)要求可以對(duì)油污中的雜質(zhì)進(jìn)行自動(dòng)凈化，本文是在查閱大量文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上，根據(jù)前人的工作以及經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行總結(jié)，針對(duì)珩磨用高精度純油給出采取、提純的方法，最后將其用于實(shí)踐指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：珩磨用高精度純油；純油過濾；凈化系統(tǒng)

1引言

由于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)受到一定程度的磨損，這種磨損會(huì)對(duì)飛機(jī)的壽命造成影響。根據(jù)當(dāng)前的有關(guān)運(yùn)行資料可以表明，由于飛機(jī)中的一些滑油污染所導(dǎo)致的飛機(jī)故障占到總故障次數(shù)的68%，因此對(duì)于飛機(jī)上油污的清理以及凈化工作顯得尤其重要。從另外一個(gè)方面來講，飛機(jī)在每次進(jìn)行試飛之后，都需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)中的油污進(jìn)行清理，這樣可以防止大量滑油的浪費(fèi)。為了解決上述問題，特此研制了珩磨用高精度純油過濾凈化系統(tǒng)，這種系統(tǒng)可以對(duì)珩磨用高精度純油進(jìn)行提純和凈化，因此本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)不僅能夠提高設(shè)備的運(yùn)行壽命且能夠節(jié)約油料資源，最大程度地避免環(huán)境的污染。

2凈化關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)

2.1過濾

在珩磨用高精度純油的凈化系統(tǒng)中最為常用的手段就是過濾，過濾主要是指利用過濾介質(zhì)兩邊的壓差來使得油液穿過濾層。在油污的凈化過程中，最為有效和關(guān)鍵的方法就是過濾，過濾可以將顆粒直徑很小的雜質(zhì)除掉，這種過濾方法比較適合固體雜質(zhì)的去除，在過濾介質(zhì)中最常用到的方法有以下4種：

(1)表面篩濾的方法，這種方法主要是將尺寸較大的顆粒物沉淀在介質(zhì)的表面上，這種編織網(wǎng)可以處理這種工作。

(2)深層次的過濾，這種過濾又稱為粗濾，粗濾主要是指當(dāng)顆粒物深入到介質(zhì)比較深的部分時(shí)，可以依靠其深道來將尺寸比較小的顆粒物截留住。

(3)濾餅過濾，這種過濾方法主要是利用餅層狀物體來對(duì)顆粒物進(jìn)行過濾，在過濾的初步階段，主要對(duì)尺寸比較大的介質(zhì)進(jìn)行過濾，在經(jīng)過短暫的初級(jí)過濾之后，含有小尺寸的介質(zhì)就會(huì)進(jìn)入到濾餅當(dāng)中。第二個(gè)過濾階段就是使用濾布，濾布的作用就是對(duì)尺寸較小的雜質(zhì)進(jìn)行過濾，這樣就能將大部分的雜質(zhì)過濾掉。

(4)深層過濾，指顆粒進(jìn)入到介質(zhì)內(nèi)部之后，可以依靠介質(zhì)纖維的依附能力來對(duì)顆粒物進(jìn)行清除；在清除的過程中主要依靠濾片來對(duì)顆粒物進(jìn)行清除，這種清除具備以下幾個(gè)方面的特點(diǎn)：

a.具有多孔性，這種多孔性可以使得液體所遇到的阻力最小，并且還可以利用此特性來對(duì)部分顆粒物進(jìn)行截留；

b.這種過濾具有比較穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，并且具有較強(qiáng)的耐腐蝕性能和耐熱性能；

c.這種過濾裝置具有比較強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度和使用壽命，這種過濾能夠承受一定的壓力。

2.2重力沉降

另外一種凈化珩磨用高精度純油的方法就是利用重力進(jìn)行沉降的方法，這種方法可以除掉油液中的一些機(jī)械雜質(zhì)和水分，并且這種方法最大的特點(diǎn)就是簡單有效。利用這種方法可以保證機(jī)械雜質(zhì)中的水以及油能夠得到有效分離。當(dāng)油中較大的雜質(zhì)顆粒物直徑達(dá)到0.05～10μm之間時(shí)，可以根據(jù)以下的定律來對(duì)整個(gè)凈化過程進(jìn)行分析和計(jì)算：

(1)

式(1)中：D——顆粒直徑(m)；

G——重力加速度(m/s2)；

ρ1——顆粒密度(kg/m

ρ2——油密度(kg/m

μ——油在沉降溫度時(shí)的動(dòng)力粘度(Pa.s)

由公式(1)可知，顆粒物的沉降速度與其直徑大小有著比較密切的關(guān)系，顆粒物的直徑越大，相應(yīng)的沉降速度就會(huì)越大，在凈化的過程中還需要注意的就是油本身的粘度，油的粘度與油的溫度有著密切的關(guān)系，溫度越高其粘度就會(huì)越小。油溫并非越高越好，最適宜的油溫是在80-90°之間，但是油溫太高也會(huì)加快珩磨用高精度純油的氧化速度，因此在凈化的過程中選定一個(gè)合適的溫度。

2.3吸附

吸附主要是指一些雜質(zhì)累積或者沉積在表面上，利用吸附的方法可以將表面上的一些多孔性物體除掉，在對(duì)油污進(jìn)行處理時(shí)，主要利用吸附功能來對(duì)膠狀物質(zhì)和酸性物質(zhì)進(jìn)行清除，除此之外還需要利用過濾的方法來將吸附在表面上的油污進(jìn)行去除，從而改善凈化系統(tǒng)的凈化效果。

2.3.1吸附劑

在凈化過程中的吸附劑需要有特定的配方，這種配方主要包括白土、硅膠、偏硅酸鈣以及氧化鋁等等，上述材料有著較強(qiáng)的吸附能力并且具有穩(wěn)定的吸附性能，在吸附顆粒物的同時(shí)，可以利用各種孔徑的微孔構(gòu)成毛細(xì)管來對(duì)各種直徑大小的顆粒物進(jìn)行吸附。

2.3.2影響吸附的因素

(1)吸附劑的性質(zhì)，吸附劑的吸附能力與吸附劑表面積有著較強(qiáng)的關(guān)系，當(dāng)表面積越大時(shí)，相應(yīng)的吸附能力就會(huì)越強(qiáng)，孔徑的分布情況也對(duì)吸附劑的性能有著較強(qiáng)的影響。

(2)吸附質(zhì)的性質(zhì)，珩磨用高精度純油在凈化過程中，另外一種性質(zhì)也非常關(guān)鍵和重要，這個(gè)就是吸附質(zhì)的溶解度，當(dāng)相應(yīng)的溶解度越低時(shí)，表明雜質(zhì)越容易被吸附。吸附劑可以分為兩種，一種是極性的吸附劑，另外一種是非極性的吸附劑，兩種吸附劑互為配合，它們吸附分子的大小與其飽和度有著較為密切的關(guān)系。

(3)吸附操作條件的影響，在吸附過程中除了吸附劑的性質(zhì)之外，還與吸附介質(zhì)的酸堿度PH值有著非常重要的關(guān)系，PH值對(duì)于吸附劑的性質(zhì)有著非常關(guān)鍵性的影響，因?yàn)镻H值對(duì)于游離在溶液中的一些離子或者分子能夠進(jìn)行凈化或者去除，因此在進(jìn)行吸附的同時(shí)，需要保證吸附質(zhì)與吸附劑能夠在一定的范圍內(nèi)進(jìn)行接觸，達(dá)到一個(gè)吸附與被吸附、酸堿度之間的平衡。

2.4真空分離

本文的珩磨用高精度純油凈化系統(tǒng)中還會(huì)利用到真空分離技術(shù)，真空分離并非是利用絕對(duì)的真空來對(duì)其進(jìn)行雜質(zhì)分離，而是依據(jù)制定空間壓力要低于環(huán)境中大氣壓力的特點(diǎn)來分離油液中的水分和雜質(zhì)，并且將空氣中以及油液中一些有害的雜質(zhì)進(jìn)行揮發(fā)和去除，真空去雜質(zhì)的基本原理就是利用油和水在飽和蒸汽壓力差的情況下來對(duì)油進(jìn)行提純和凈化。當(dāng)環(huán)境溫度為70攝氏度，水壓力為30000Pa時(shí)，油必須在壓力為50000Pa的環(huán)境下才能夠沸騰，因此通過抽真空的方法來將含有雜質(zhì)的珩磨用高精度純油進(jìn)行提純是一種非常有效的提純方法。

與此同時(shí)，為了保證提純的效果，通?？梢圆捎靡韵聨讉€(gè)方面的措施：其一就是將油液形成顆粒物很小很薄的液體層，這種液體層可以與大氣液體層之間進(jìn)行有效的分離；除此之外還可以盡量延長油液在空氣中的停留時(shí)間，通過延長停留時(shí)間來將含有雜質(zhì)的珩磨用高精度純油中的水和油分離開來。最后在油液中生成大量的氣泡，利用這種氣泡來將油中的雜質(zhì)帶出液面。

3發(fā)動(dòng)機(jī)磨合油凈化關(guān)鍵技術(shù)

3.1機(jī)械雜質(zhì)的凈化

油污以及雜質(zhì)是發(fā)動(dòng)機(jī)磨合油中最為主要的污染源，這種污染源會(huì)影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行，在上述基礎(chǔ)上，本文設(shè)計(jì)了一種三級(jí)過濾器，這種過濾器主要分為三個(gè)級(jí)別，第一個(gè)級(jí)別就是比較粗的過濾器，第二個(gè)級(jí)別就是比較精致的過濾器，最后一個(gè)級(jí)別就是兩種特性兼而有之的過濾器。三級(jí)過濾器可以將珩磨用高精度純油中的各種雜質(zhì)進(jìn)行有效清除，在清除的過程中可以依據(jù)以下公式來對(duì)其進(jìn)行計(jì)算：

(2)

式(2)中：S——過濾器流通面積，m2；

k——裕度系數(shù)，一般取k=3～5；

Q——濾油機(jī)公稱流量，L/min；

u——油液動(dòng)力粘度，按油液運(yùn)動(dòng)粘度為 20cst 計(jì)算，動(dòng)力粘度為0.002×800=1.6(Pa.s)；

α——濾油能力系數(shù)，對(duì)于濾網(wǎng)式濾芯，取α=0.34；對(duì)于中間濾芯，取α=0.24；對(duì)于精濾濾芯，取α=0.17；

Δp——壓力差，Pa。

根據(jù)公式(2)可以對(duì)過濾網(wǎng)中的濾芯來進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)相應(yīng)的過濾面積，結(jié)合相關(guān)的查詢樣品可以選擇比較合適的過濾器。在目前的各種過濾技術(shù)當(dāng)中，選用當(dāng)前最為新潮和關(guān)鍵的5種過濾材料，這5種過濾材料分別可以構(gòu)成5個(gè)不同層級(jí)的過濾網(wǎng)，每個(gè)過濾網(wǎng)中的過濾能力都是從粗到細(xì)按照梯級(jí)來進(jìn)行排列的。當(dāng)受污染的珩磨用高精度純油穿過濾層時(shí)，油污中的機(jī)械雜質(zhì)就會(huì)被濾層所阻隔，這樣就能夠充分保證過濾網(wǎng)的過濾功能，與此同時(shí)，還能夠保證油品的質(zhì)量。

對(duì)于過濾介質(zhì)，衡量其使用效率的指標(biāo)是納污能力CF，對(duì)于同等尺寸的過濾介質(zhì)，其納污能力CF與該過濾介質(zhì)公稱過濾精度的過濾能力M和能夠截留的公稱顆粒的尺寸x成正比，而與在截留過程顆粒的過濾比βx成反比，即有：

(3)

當(dāng)過濾器的結(jié)構(gòu)尺寸確定以后，如果在油液凈化時(shí)采用單一過濾的過濾器，

例如，采用β5=50的過濾器，此時(shí)，其納污能力為CF=0.1M。

根據(jù)梯度過濾的理論，按照五級(jí)梯度過濾進(jìn)行設(shè)計(jì)，最后一級(jí)采用β5=50的過濾介質(zhì)，在總體過濾介質(zhì)中的數(shù)量占 20%，該部分的納污能力按照式(3)為CF=M/50；第四級(jí)采用β15=50的過濾介質(zhì)，在總體過濾介質(zhì)中的數(shù)量占 20%，該部分的納污能力按照式(3)為CF=0.3M；第三級(jí)采用β25=50的過濾介質(zhì)，在總體過濾介質(zhì)中的數(shù)量占 20%，該部分的納污能力按照式(3)為CF=0.5M；第二級(jí)采用β5=50的過濾介質(zhì)，在總體過濾介質(zhì)中的數(shù)量占 20%，該部分的納污能力按照式(3)為CF=M；第一級(jí)采用β100=50的過濾介質(zhì)，在總體過濾介質(zhì)中的數(shù)量占 20%，該部分的納污能力按照式(3)為CF=2M；則采用五級(jí)梯度過濾的過濾器的納污能力CF=2M+M+0.5M+0.3M+0.02M=3.82M，相比傳統(tǒng)的過濾器CF=0.1M，其納污能力可以提高 37 倍多。換句話說，其使用的效率可以大大提高。

除此之外，在過濾過程中油污箱以及各種凈化箱都能夠?qū)Πl(fā)動(dòng)機(jī)中的珩磨用高精度純油中的機(jī)械雜質(zhì)進(jìn)行清除，利用沉降的方式可以對(duì)機(jī)械雜質(zhì)進(jìn)行一個(gè)預(yù)備處理。當(dāng)油液中的雜質(zhì)顆粒密度較大時(shí)，油中的懸浮顆粒物會(huì)隨時(shí)進(jìn)行沉降并且可以獲得分離。在初步性的雜質(zhì)去除過程中，有一種最為簡單又便宜的分離方法及時(shí)可以對(duì)桶內(nèi)的各種雜質(zhì)進(jìn)行有效清除，油中的懸浮狀雜質(zhì)顆粒物隨著時(shí)間的延長，相應(yīng)的雜質(zhì)會(huì)逐漸沉降到桶的底層中，溫度越高，那么相應(yīng)的沉降速度也會(huì)越快，因此通過對(duì)油污箱以及凈油箱進(jìn)行不斷升溫加熱的方法可以有效提高珩磨用高精度純油中機(jī)械雜質(zhì)的沉降速度，從而達(dá)到盡快去除雜質(zhì)的目的。

3.2熱分解及氧化物質(zhì)的凈化

發(fā)動(dòng)機(jī)珩磨用高精度純油在磨合過程中相關(guān)的殘?jiān)笜?biāo)以及酸堿度指標(biāo)均會(huì)發(fā)生一定程度的變化，殘?jiān)谝欢ǔ潭壬峡梢苑从称錈岱纸獾某潭龋€有另外一個(gè)特點(diǎn)就是其可以在一定程度上來反應(yīng)氧化的程度。本文所設(shè)計(jì)的分子篩選裝置可以有效改善油中的酸堿值以及油的各種指標(biāo)成分。

(1)802-B2分子篩選高效吸附劑在對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)珩磨用高精度純油進(jìn)行處理的過程中具有以下幾個(gè)方面的特點(diǎn)：

a.最為首要的就是其能夠在一定程度上來降低珩磨用高精度純油的PH值，這種對(duì)于PH值的降低程度可以達(dá)到60%-70%之間；

b.在凈化的過程中凈化裝置對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)珩磨用高精度純油具有比較明顯的脫色作用，這種脫色作用可以在一定程度上降低1～2個(gè)色號(hào)；

c.強(qiáng)力吸附裝置可以吸收珩磨用高精度純油中的水分和雜質(zhì)，這種吸附能力高達(dá)24%作用；

d.802-B2的吸附能力比較強(qiáng)，能夠?qū)Ω鞣N精品油進(jìn)行保存，通過保存和回收精品油來達(dá)到去除雜質(zhì)的目的，這種油品的回收率通常比較高，一般可以達(dá)到98%以上。

(2)802-B2分子篩選裝置主要有以下幾個(gè)方面的技術(shù)指標(biāo)：

表1　802-B2型吸附劑的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)

3.3水分及燃料油稀釋的凈化

水分在一定程度上增加之后能夠?qū)﹂W點(diǎn)有一定的下降作用，閃點(diǎn)反應(yīng)的是燃料與油之間的稀釋程度。在磨合油中，也會(huì)存在一定的水分以及燃料油的稀釋度。在這種真空分離的方式下，可以對(duì)燃料油中的各種雜質(zhì)進(jìn)行有效清除。利用真空分離有效地對(duì)油與水中的雜質(zhì)進(jìn)行有效清除。

從目前的發(fā)展來看，國內(nèi)外關(guān)于真空濾油機(jī)最為主要的存在形式就是處理油氣的分離過程，這種分離過程目前看來有三種最為主要和關(guān)鍵性的形式。第一種是柱狀式的；第二種是粒狀式的；第三種就是膜式的。這三種模式各有不同的特點(diǎn)，其中柱狀式的造型和工藝最為簡單，它的特點(diǎn)是可以對(duì)桶中的油柱進(jìn)行一個(gè)有效的分離，在分離的過程中它也會(huì)逐漸被抽成真空。另外一種就是粒式分離，這種分離可以從宏觀上來對(duì)純油以及雜質(zhì)進(jìn)行分離。分離的過程會(huì)產(chǎn)生一些霧狀物，這些霧狀物體中就含有大量的雜質(zhì)。

最后一種方法就是膜式分離，這種分離可以將油污注入到分離塔中，這種分離塔是由多種金屬孔板組成的，在金屬孔板中各種油污和油液會(huì)形成一些比較細(xì)小的微粒和薄膜，這些都會(huì)增大油的表面積，當(dāng)油污的表面積增大之后就會(huì)導(dǎo)致整體的空間利用效率變得較差，并且這些都需要經(jīng)過反復(fù)過濾，最終來保證油污中的雜質(zhì)得到有效清除和過濾。

圖1　粒—膜技術(shù)示意圖

圖1主要表示的是粒膜技術(shù)，這種技術(shù)可以保證在油污的清除過程中充分提高清除效率，除此之外還能夠不斷縮小裝置的梯級(jí)，最大程度縮短處理的周期，使得各種不合格的油液能夠最快程度達(dá)到各種處理標(biāo)準(zhǔn)。因此，本文通過采用真空分離的方法來去除磨合機(jī)中的各種油性雜質(zhì)，具有十分重要的實(shí)踐意義。其去除的原理主要為：粒膜技術(shù)可以保證一些面積比較大、路徑比較長以及停留時(shí)間比較長的顆粒物能夠在真空塔中得到有效的分離。當(dāng)油污進(jìn)入到分離室中時(shí)，就會(huì)生成一些霧狀物，這些霧狀物與空氣接觸之后其表面積就會(huì)擴(kuò)大數(shù)千倍，最后在快速汽化過程中將油污中的油進(jìn)行提純和凈化。

4結(jié)論

根據(jù)機(jī)械雜質(zhì)凈化的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求，對(duì)雜質(zhì)進(jìn)行熱分解和氧化分裂，除此之外還利用加熱的方法來對(duì)油和水在不同大氣壓環(huán)境下進(jìn)行分離，得到了提純技術(shù)。為了充分解決發(fā)電機(jī)這個(gè)方面的問題，本文開展了珩磨用高精度純油中各種雜質(zhì)的凈化技術(shù)，該凈化技術(shù)根據(jù)相關(guān)要求可以對(duì)油污中的雜質(zhì)進(jìn)行自動(dòng)凈化，本文是在查閱大量文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上，根據(jù)前人的工作以及經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行總結(jié)，針對(duì)珩磨用高精度純油給出采取、提純的方法，最后將其用于實(shí)踐指導(dǎo)。

參考文獻(xiàn):

[1]張賢明.透平油的劣化和再生[J].潤滑與密封，2005，(6).

[2]關(guān)子杰.機(jī)械油與設(shè)備故障診斷技術(shù)[M].北京：中國石化出版社，2001.11

[3]Guoxian Yu ， Shanxiang Lu ， Hui Chen and Zhongnan Zhu.Diesel fuel desulfurization with hydrogen peroxide promoted by formic acid and catalyzed by activated carbon[J].Carbon，Volume 43，Issue 11，September 2005，Pages 2285-2294

[4]Simon S. Wang.Engine oil condition sensor: method for establishing correlation with total acid number[J].Sensors and Actuators B: Chemical，Volume 86，Issues 2-3，20 September 2002，Pages 122-126

[5]李燁峰.運(yùn)行汽輪發(fā)動(dòng)機(jī)磨合油乳化和污染問題研究[J].熱力發(fā)電，2000，6(8)：90-94.

Automatic Filter and Purification System of High-precision Honing Pure Oil

LIU Kun

(School of Computer Science, Hubei University of Education, Wuhan 430205, China)

Abstract:Engine during operation will produce oil stains. In order to tackle this problem, this paper brings out purification technology for various impurities in high precision honing pure oil, which can automatically purify impurities in oil according to relevant requirements. Based on a review of large amounts of literature and previous experiences, this paper puts forward and instructs practices with the extraction and purification method for high precision honing pure oil.

Key words:high-precision honing pure oil; pure oil filter; purification system

收稿日期：2016-01-02

基金項(xiàng)目：湖北省教育廳科學(xué)技術(shù)研究計(jì)劃優(yōu)秀中青年人才項(xiàng)目(Q20123105)

作者簡介：劉坤(1980-)，男，湖北武漢人，講師，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)研究。

中圖分類號(hào)：TG589

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1674-344X(2016)02-0027-05