船载分油机结构优化设计及流场特性研究

发布时间：2020-04-30 05:02

【摘要】：碟式分离机由于结构紧凑、单位时间处理量大等优点,被广泛应用于船舶动力系统及辅助润滑系统的油水分离场合。阐述了离心澄清型碟式分离机及离心分离型碟式分离机的分离机理。根据理论公式及经验公式完成离心分离型碟式分离机的转鼓内部结构尺寸的常规设计。利用ANSYS ICEM CFD软件完成转鼓内部二维流场模型的四边形网格划分,并在FLUENT软件中完成多相流场数值计算。计算结果显示模型油相出口处含油率达99.99521%,分离效果良好。研究了改变碟片锥角对分离效率的影响,碟片锥角为45°模型的分离效率高于碟片锥角为40°和50°的模型,该结果是由于碟片表面流体受力的改变和碟片边缘尺寸的改变共同作用的结果;研究了改变碟片间距对分离效率的影响,结果表明碟片间距越小对油水分离越有利。上述模拟结果得到己有实验结果的验证。在二维数值模型得到验证的基础上,建立三维流场模型并完成六面体网格划分,在FLUENT中完成数值计算。根据模拟结果得到的油相浓度分布云图、压力分布云图及碟片间隙速度分布确定模型的合理性。探究转速、水相粒径、入口速度对分离效率的影响。模拟结果表明:在生产能力不变的情况下,提升转鼓转速可以大幅提高分离机的分离效率;在一定范围内,水相粒径的增大可以提高分离机的分离效率,当水相粒径增大到一定程度,对分离效率的提高不再有显著影响;入口速度的提升会导致处理量增大,从而减小分离效率。在三维数值模型建立的基础上,利用UDF函数在FLUENT软件中完成周期性摇摆工况下的三维流场数值模拟。摇摆角度为±22.5°,周期为12s,持续时间为120s。模拟结果表明:在摇摆工况下流场的分离效率与稳态相比有一定的降低,每隔1/2个摇摆周期分离效率会出现阶跃性跳动;随摇摆时间增长,变化幅度趋于稳定。
【图文】：

碟式分离机,公司,转鼓

立轴通常为挠性轴，位于转鼓下方。机壳用来接受从转鼓分离出的重相或逡逑固体沉渣，通常为圆形或者锥形。转鼓组件包括：转鼓壳、碟片组、排渣装置、向逡逑心泵等，为碟式分离机的核心部件［１２］。图１－１为Ａｌｆａ－Ｌａｖａｌ公司设计的ＢＤＢ１０４型逡逑碟式分离机转鼓部件的结构简图［１３］。逡逑ｉ１逡逑ｍｍ逡逑１．喂料口邋２．分配器３．碟片组４．顶层碟片５．重相出口邋６．轻相出口逡逑图１－１邋Ａｌｆａ－Ｌａｖａｌ公司ＢＤＢ邋１０４型碟式分离机逡逑Ｆｉｇ．１－１邋Ｔｈｅ邋ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ＢＤＢ邋１０４邋ｄｉｓｃ邋ｓｅｐａｒａｔｏｒ逡逑多相混合物经过１．喂料口进入转鼓，由２．分配器进入３．碟片组，在中性孔附近逡逑区域完成多相分离。分离过程中，重相及固相被离心力甩到转鼓壁面附近。固相在逡逑转鼓壁面区域聚沉积为沉渣。重相经４．顶端碟片从５．重相出口排除。轻相向转轴方逡逑向移动，并由６．轻相出口排出。逡逑国外自上世纪八十年代末开始针对原油脱水、沥青脱水及海上采油等诸多领域逡逑中碟式分离机的应用展开研宄，发展至目前已有国外公司对不同高效分离领域碟式逡逑分离机的定型设计及批量生产。德国的ＧＥＡＷｅｓｔｆａｌｉａ公司和瑞典的Ａｌｆａ－Ｌａｖａｌ公司逡逑已生产出针对油脂回收，化工医药，生物工程等多个领域成系列的高效碟式分离机，逡逑２逡逑

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ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ邋（ＰＰＣ）邋ｄｉｓｔａｎｃｅ邋（ＰＣＣ）逡逑画邋Ｚ｜逡逑图１－３垂直板组布局图逦图１－４用于离心分离的四种垂直板类型逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｌａｙｏｕｔ邋ｏｆ邋ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ邋ｐｌａｔｅ邋Ｆｉｇ．１－４邋Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｔｙｐｅｓ邋ｏｆ邋ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ邋ｐｌａｔｅ逡逑１．２．３转鼓内流场数值模拟研究进展逡逑碟式分离机内部流场状态会直接影响分离机的分离性能，而流场状态又受其结逡逑构部件及操作工况的影响，因此探宄分离机内部流场的研宄十分必要。然而碟式分逡逑离机的转鼓内部流场难以直接观测，研宄人员通常利用计算流体力学（Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ逡逑Ｆｌｕｉｄ邋Ｄｙｎａｍｉｃｓ）技术对其进行数值模拟和分析研宄。逡逑Ａｌｅｘａｎｄｅｒ＾２９１等采用ＦＬＵＥＮＴ软件数值模拟了油雾分离用碟式分离机的流场，逡逑并通过实验绘出了雾滴无量纲直径、体积流量、转速与分离效率的关系曲线，与理逡逑论分析结果相一致。逡逑图１－５邋ＰＩＶ系统示意图逡逑Ｆｉｇ．邋１－５邋Ｔｈｅ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ＰＩＶ邋ｓｙｓｔｅｍ逡逑张总［３（）］针对用于黄河水泥沙分离的澄清型碟式分离机进结构设计、仿真和实验逡逑验证。首先利用理论公式获得分离因数、沉降面积、转鼓沉渣区容积、碟片倾角等逡逑６逡逑
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U664

【参考文献】