真空滤油机的原理及设计

真空滤油机的原理及设计
摘要：介绍了油液现场处理设备——真空滤油机的油液净化原理及结构，对真空滤油机系统参数的设计推出了一套较为实用的计算公式。

关键词：真空油液处理滤油机
真空滤油机在生产用油，如：变压器油、透平机油、机床润滑油、开关油、互感器油等油液的现场处理方面有着广泛的用途。

工业用油使用一段时间后，油液中会出线水污染和颗粒污染等，这会加速油液变质，加快金属疲劳，加剧液压元件的磨损，并会使绝缘油丧失介电强度。

真空滤油机能在不停产的情况对油液进行动态处理，降低生产运行成本，杜绝废油燃烧、排放，避免了由此产生的环境污染。

目前，我国生产此类滤油机的生产厂家较多，但其技术水平都不高，与国外同规格的滤油机相比差距较大，存在着能耗高，结构不合理，造型杂乱，油液处理精度不高等问题。

我们在对国内外滤油机行业进行了广泛的调研后，设计出LJ型真空加温油液处理机。

在此抛砖引玉，将LJ油液处理机及调研结果介绍给大家，希望能为提高我国滤油机行业的技术水平尽微薄之力。

1LJ型滤油机净化原理及构成
1.1真空度与水蒸气挥发温度表：
1.2LJ型滤油机原理图：
去除油液中杂质、絮状物、金属微粒两大功能。

1.3主要构成体系：
该机主要由下列系统组成：进油过滤系统；真空抽气系统；真空破坏系统；真空喷淋系统；出油过滤系统以及反冲系统。

2系统功能和结构介绍
2.1进油过滤系统：由粗滤器、细滤器和专用过滤器组成.
其作用为将油液进行先期过滤。

粗滤器40~100μ,细滤器20~40μ,专用过滤器20~40μ。

专用过滤器根据用户的特殊要求而设置，如增设一化学剂入口以除去油液的酸性或碱性；采用线隙式或玻钎滤布结构以消除油液泡沫。

使用时应关闭选择阀。

2.2真空抽气系统：真空泵、分水器、单向阀和冷却器组成。

其功能为将真空罐内抽成真空负压（一般为380~610毫米汞柱或更低），使油液中水分能在较低温状态下挥发；抽出的水蒸汽经冷却器和分水器冷凝、析出；单向阀防止真空泵反转。

分水器和单向阀不能采用一般的气动元件，必须采用适合在负压下工作的气动元件。

冷却器一般为塔式结构，容积较大，内装亲水性能好、耐高温、耐腐蚀、全湿比表面积大的多面空心聚丙烯塑料球。

从真空罐抽出的湿热气体沿塔壁切向斜下进入塔内，流速急剧减慢并形成向下的涡旋气流，遇聚丙烯塑料球后流速进一步减慢，迅速冷凝成水滴。

2.3真空破坏系统：由进气阀，干燥过滤器和真空破坏阀组成。

其作用为补充空气，降低真空度。

在真空负压下，水蒸汽含量容易饱和而很难抽出，应周期地补充空气，破坏水蒸汽的饱和度，使水蒸汽不断挥发于真空罐内以方便抽出。

真空破坏阀的通断由液位控制器的信号控制。

干燥过滤器用在过滤精度较高和空气中湿度高的地区，在过滤器中加入氯化钙、苛性钠、苛性钾、硅胶、铝胶等干燥过滤剂以除去所补充空气的湿度。

2.4真空喷淋系统：由加热器、真空罐、喷淋器、温控器和液位计组成。

其作用为将油液加温到一定温度，然后将油液喷淋出，使油液中的游离水、乳化水和溶解水挥发于真空罐中。

加热器有蛇形铠装加热管直接在罐内加热方式，此方式热效率较高；多直管串联加热方式，此方式因便于维修加热管而常用。

箱式远红外加热方式，此方式油液加温均匀，油液不会因接触高温加热管而产生碳化物和降低油液使用性能的熵变等现象。

喷淋器为均匀布满φ1~φ2小孔的淋蓬或喷淋管，因小孔容易易堵塞，故喷淋器应能方便拆卸。

温控点测得油温后，通过温控器控制加热器通断电，使油温控制在45 o C ~75 o C。

液位控制器有浮球式，罐外浮子感应式和红外控制式。

液位设置4个控制点，上极限位停真空泵，避免油液窜入真空泵；下极限位停抽油泵，避免油泵空吸；中上位打开真空破坏阀，中下位关闭真空破坏阀，一般仅设中上、中下两个位置。

真空罐是滤油机的心脏，它的容积较大，罐内填充一定高度的亲水性佳、耐腐蚀填充物，如聚丙烯塑料球等，以加速水分挥发。

国外Pall公司是在真空室内设置一高速转盘，利用离心力使每单位体积油液具有巨大的表面积以提高除水率而勿需加热。

2.5出油过滤系统：由抽油泵、安全阀，金属过滤(10~20μ),精过滤(5~10μ),超精过滤器(1~5μ)组成。

主要功能是将油液从真空罐中抽出，再经多次精过滤后回到工作箱（罐）中。

抽油泵一般应选用自吸真空度大的液压装置，如齿轮泵、螺杆泵等，抽油泵的公称排量即为滤油机的主参数——公称流量，也是滤油机设计计算的主要参数。

金属过滤器滤芯为带磁性的滤芯，以去除油液中的金属微粒；精过滤和超精过滤一般为烧结式或玻钎聚结式、无纺材料滤芯，过滤器滤芯的过滤能力必须为抽油泵公称排量的3~5倍。

当滤芯堵塞后安全阀自动打开，以保护抽油泵和过滤装置。

2.6反冲系统：当油压表达到并超过一定读数后（0.25MPa），指示灯亮报警，表示出油滤芯已严重堵塞，此时应动用反冲系统清洗滤芯。

反冲能去除滤芯上累积的污染物，使滤芯能重复使用，延长了滤芯的寿命。

用一根软管将C、A口接通，关闭反冲锁止阀b，打开出油阀A和阀B、阀C，开启抽油泵，压力油从C经A口后，对出油系统各过滤器阀芯实施反冲，然后经B口排出。

关闭反冲锁止阀a、b和选择阀，打开进油阀D和真空破坏阀，开启抽油泵，压力油
打开安全阀后反冲各进油过滤器，然后经D口排出，实现各进油过滤器阀芯的反冲。

各过滤器的油液出口应布置在罐壁的切向上，这有利于反冲时形成涡旋紊流以提高反冲效果而不至于冲坏阀芯。

3.系统参数的设计、计算
3.1.管道通径：管道通径一般仅计算出油管道通径，因进油管道在真空负压下油液流速很快，故进油通道一般应小于或等于出油管道通径。

出油管道通径：d=4.63√Q /v （mm）
Q：滤油机公称流量，即抽油泵公称排量，（L/min）；
v：管道流速；一般按液压系统的回油管道流速，v =1.5~2.5（m/s）。

3.2.滤芯通流面积：
通流面积S=k Q﹒μ
×106 （m2）α﹒Δp
k ：裕度系数；一般取k=3~5；
μ：油液动力粘度，（Pa﹒s）；
α：滤油能力系数，（m3/m2）；滤网式滤芯α=0.34；线隙式滤芯α=0.17；纸质滤芯α=0.34；烧结式滤芯α=(1.04D2×103)/δ；δ：滤芯壁厚，一般为(0.002~0.003)m
D：粒子平均直径。

Δp：压力差，（Pa）；
3.3.加热功率：
加热功率：N= C﹒ρ﹒U﹒Δt
(W) T﹒η
C：比热容，油液C=1675~2093( J/kg﹒K )
ρ：油液密度，ρ=900 kg/m3
U ：需处理的油液体积，（m3）；
Δt:温升，（o C）；
T：加热时间，（sec）；
η：加热效率。

以上为静态方式下加热时功率计算公式，照此公式计算出的加热功率需很大；而循环流动液体的加热公式一般按下式计算。

加热功率：N m= C﹒ρ﹒Q﹒Δt m
+N’(W) 60000η
Δt m：油液一个循环内的温升，取Δt m=5~10（o C ）；
N’：系统表面散热功率，N’=k﹒A﹒Δt；
k：表面散热系数，一般取k=15~17（W/m2﹒o C）；
A：油液流经的管道、真空罐和过滤罐体表面积之和，（m2）；
Δt：油温（45~75 o C）与周围环境的温度差，（o C ）。

通过上式计算出功率后，还应验算升温时间Tm是否合适（一般为0.5~1小时），若时间过长则应加大加热功率。

Tm =( U +T o) Δt (min)
Q Δt m
T o：油液通过管道和过滤器完成一个循环的时间，（min）。

3.4.真空泵和真空罐的参数选取：
真空泵的选取主要按泵的抽气速率，选取时应照顾到两方面，一是抽气速率应大于或等于抽油泵排量1~2倍；二是能在1~2分钟内将各罐体及管道系统中的气体抽到380~610毫米汞柱或更低；
真空罐的容积按滤油机公称滤油量及油泵排量的3~5倍设计。

3.5.喷淋孔数计算：
由公式Q=φfω得
喷淋孔数N≥4Q /（πd2φω）（个）
φ：通流系数，φ=0.82~0.85；
f：小孔总面积，（dm2）；
ω：小孔中油液流速，ω=60√2gh (dm/min)，h，喷淋高度（dm）；
d ：小孔直径，（dm）；d一般为φ1~φ2mm或更小，孔越小越利于油液中水分挥发。

滤油机工作在粗真空负压状态下，其罐体和管道的强度可参照钢制低压容器设计，设计和制造时应特别重视密封性，容器焊缝和连接处必须通过0.3~0.5MPa的保压试验以确保无泄漏。

参考文献：化工设备机械基础﹒石油化学工业出版社﹒1978
液压气动系统设计手册﹒张利平﹒北京﹒机械工业出版社﹒1997
新编液压工程手册﹒雷天觉﹒北京﹒北京理工大学出版社﹒1998。