鼓型撇油器的机械结构设计（全套含CAD图纸）
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mm)h q m 3/s) m 3)m 3)m 3)W mm)e s/m 2)r kg/m 3)s )o 0)(s)1239101213,1415)50,00)()0)2)t)3)4)01202#2)3)012,27a)b),(a)kg/) s/25 02 39 40 (a)b)a)(a)b)01202#,h),a)(d)450mm,a),104m3/s,m3/a)b)450mm,c) 450mm,d) 450mm,01202#b),104m3/s,m3/c)d);d;L;o;h;t;r;m;s)0 (1)m3/s),m), m), s),m), m), kg/m 3),)odLt)450mm,e;T) (2)Q/(odtL),rod2/m,ro2d3/s,t/d,h/)g3)26521:6473668T0:89(4):2d0:3m;0:15L0:45m;25N75:01t0:04m;0:05h0:12m;3030;200090010)canbeobtainedfromeq滚筒撇油器在溢油回收中的性能 一 h 和 M F 程系，阿拉伯贝鲁特大学， 子 11鲁特，黎巴嫩 2程系，亚历山大大学，亚历山大 21544，埃及 摘要 溢油回收由 鼓型撇油器 的方式进行了实验研究的宽范围的设计和操作条件。鼓的直径，鼓长度，转速，油的效果 ， 流明厚度，油性能，并鼓中心高度高于油 /水界面表面进行分析相对于所述鼓纸器的油回收率。粗，柴油， 0W 和 40W 油分别本次调查过程中使用。 结果发现，油回收率增加而增加鼓直径，鼓的长度，上述的油 /水界面鼓中心高度，和浮油厚度油的粘度，并增加作为油的密度和表面张力降低。结果表明，在滚筒纸器是一个有效设备对于低粘度石油的回收漏油，如轻质原油，这是油的种类参与最严重的泄漏和海上污染。此外，一个经验公式，提出了预测该装置的油回收率。该方程可以应用于不同的油，并提供了良好的 与实测数据相一致。 1 引言 石油泄漏可能对沿海活动的严重影响，在海面上的资源，以及在海洋生物。该溢油量和受影响区域的长度需要精心准备一个清理的计划，并适当选择技术，以确保快速，有效 的溢油围堵和恢复。到泄漏的反应被认为是这主要是由于有效存在比较成功清理方法。溢漏控制技术的限制必须理解的和最适宜的设备选择的天气条件下的预期范围和石油类。作为一个例子，化学分散剂可以是在强电流和坏的海况中使用，但它们是无效的对所有类型的油和海况1。此外，对海洋生物的可能影响必须被考虑，以及化学的缺点分散，应该是应急计划的一部分流程。总之，响应的任何方法，可以帮助减少因漏油事件的损失是值得的。 证明中快速反应的最佳替代品，作为最后等。 2。撇油器是设计为使用从水面回收油其表面的粘合性，不论是磁盘，带， 刷，或鼓在滚筒的情况下撇油器，这是部分地浸没低于油 /水接口面，如蛋白质分离器通过油旋转浮油，油粘到感光鼓表面，并且由回收刮板到中央集电极那里被泵送到围堵设备。 在过去的二十年里特纳和他的研究小组提出的对于理解和改善广泛的研究磁盘撇油器的水动力性能 3近日，哈穆德和哈利勒特德几项研究磁盘和带撇油器 10流体力学。滚筒分离器是很之一。 械方法中使用的，并且是最简单的一种，可应用于 从海面上回收油或油 - 水混合物。虽然鼓撇油器用于采油，关于他们的水动力性能的信息公布是有限的。在研究进行 的加拿大环境部 13反向旋转鼓被用来研究的影响鼓的速度和对油的鼓之间的间隙的 y 的，速率为两种类型的油。该研究报告称，在鼓速度大于 10，紊流发生在两个鼓之间的区域造成集结 达 12 厘米厚版油。有人说，差距鼓之间的宽度对采收率影响很小率。 1993 年，双鼓撇了下测试控制平静波，并在目前的条件下。固定的光滑厚度来确定的磁鼓旋转速度的影响采油率 14。得出的结论是速率最大采收率取决于滚筒转速和油粘度。对于低粘度机油，最高油回收率发生在更高的速度比为高粘度的油。在此外，油 y 的速率随油厚度为低和高粘度油。此外，原油采收率率下降 s 的波高为低和高粘度的油和具有当前速度增加。该双鼓只是提供了略读更大的表面因此较大油回收率。洛伦佐等。 15研究了实验的性能单，双鼓撇油器各种粘度 。 非 油，鼓加快 35 和 44 转变。他们表示，油回收率和回收 率提高油 粘度。 最后，滚筒纸器的过程中的性能 回收 溢油。漂浮在水面上是依赖对大量的参数和需要更多的深入调查。另外，现有的研究在不具有任何工业上的油进行轴承上有什么溢油的情况下居然发现。为这个原因，研 究的主要重点是原油因为油是涉及最严重的那一个泄漏和海洋的污秽。 217 E 部分： 大量的实验工作已经进行了下精读受控条件下，以收集足够的油 r 数据。所收集的数据被用于获得一个经验方程溢油回收率的预测是有用的。 2 实验装置和步骤 图 1 显示了试验装置中使用的一般特征调查。该装置由一个矩形的尺寸 水1）有机玻璃制成，并建立了一个刚性的钢框架内（ 2）。鼓轮（ 3）的尺寸是200， 250，和 300 毫米直径，具有 450， 300 和 200 毫米，分别为长度。每个鼓被分别安装在一个轴使用两个直径为 50 毫米的钢垫圈位置螺栓。轴（ 4）通过一个连接在其经由 V 带自由端向一个变速马达（ 6）和滑轮阿伦（ 7）。轴转速为通过可变频率逆变器（ 8）（日立我调节 4用于与马达。每个鼓都有自己的刮刀。刮板（ 9）由有机玻璃，有。灵活橡胶在滚筒接触面积。刮板长度比较长 100 毫米鼓长度。刮板安装有一个倾斜 5相对于水平擦拭油。导杆（ 10）用于调整刮刀的倾斜。该刮油通过一个引导到收集罐（ 12）托盘（ 11）。水达到一定通过 1 毫米的精度上的刻度表示水平罐远离旋转滚筒的一侧。受控体积的油状物倾倒在水表面。浮油厚度测量使用的毕业规模，然后与所计算的值进行比较基于油体积的横地区区域划分水箱。这两种方法都给出了相同的油。 厚度为 5 精度用于油。流明厚度（ t）等于或大于 20 毫米，和 10至 20为至 10以下。原油，柴油， 0 W 和 40瓦特是本次调查过程中使用。该在这项研究中使用鼓用 造的，其选择是基于以前的研究由哈穆德和方 11。 每次运行前，油。流明厚度和鼓高度以上的水 /油界面表 面进行测定。然而，为了保持油。 存储的油在补偿罐（ 13）的水蓄池表面上方倾通过手动控制阀（ 14）。在实验方案中，油。 厚度从 10 至 40间变化 H 的油的变化体积浇淋在水面在水中 图。 1 鼓分离器 轴的过油 - 水表面的高度接口是通过改变内部的水位变化储通过添加或排出的水的受体积。在每次实验中，油从收集的端部罐（ 12）返回到所述补偿罐（ 13）。在类似于由方和应用的方式哈穆德 10油回收率和油 Y 率的记录。体积和重量所收集的脱脂混合物（油和水）在一个特定的。 恢复时间（ 1 分钟）和在一定油。流明厚度进行测定。该混合物放置在从该带刻度的圆筒容器远离 24 小时实验装置，以确保完全分离之间的水和油。油和水的体积然后，从测量值和从计算得到的通过比较混合物，油和水的密度。两方法给出了相同的值 Y 率再除以净石油计算体积（ 恢复时间，则油回收 率是由油体积除以所得到的该混合物的总体积，即油回收 率。 6100 元以上。初步实验表明，油回收 过 92。用 27的油表 1 属性密度表面粘度油型（千克 /立方米）张力（牛顿 /米）（ N s 个 / 柴油 825 油 140W 油 839 油 10 瓦 840 一个。固定的油的厚度，旋转速度是变化的从 20 至 75而，为了估计随机错误（重复），采油速度的每个读数重复三次，其平均值为每个参数被记录。测量是 D 是精确到百分之 于转速和百分之 油的回收率。所有试验进行出在 127大致恒定的温度和数据收集之后的稳态状况是实现。在此所用的种类和油性能 货膨胀列于。 油流 3 查 表 1 在实验研究的第一步包括视觉 查油的运动。在 面在鼓的附近。图2（ a）和从这些调查中得到的 2-（二）本典型结果。图。 3，将油的痕迹流线所示图。图 2（ a），分别用来指示油。流过的模式水面产生的，由于滚筒旋转。数字摄像机被用来记录油收集过程然后 照片被追踪到使用流线 序。这些照片显示了一个有趣的功能。油集合对称发生在立法院向下的两侧移动滚筒的部分，如图所示。 可以观察到，附加的油。 被描绘在水面下，通过进行水体作为滚筒旋转和一些油滴径向向外移动，并揭去入水体。这依赖于旋转速度。这种行为 2003 英国机械工程师学会 217 E 部分： （一）稠油在前面消失在水面鼓 ; （二）稠油 40 瓦特 被记录了鼓油的地方直接 件是的。两种液体的第一 个（油和水）是当其旋转时低于由清洁滚筒遇到水的表面。根据该观察，并指出，两种液体是不混溶的，很显然，水不能形成在感光鼓表面的边界层。该滚筒分离器的操作也指出，石油是通过它通过在出现向上鼓甩水的表面。 图。使用轻油 0 W 4 略读过程 4 结果与讨论 稠油开采试验稠油开采试验，采用 40 瓦特进行油。在测试过程中，可以观察到回收率为间歇式和非均匀的。这是由于这样的事实，即该油不能向撇区域与移动的速度等于由鼓回收甚至在非常低的旋转速度。这可能是由高油的粘度造成的，这导致高的剪切应力，因此，高 油的层之间的电阻，从而降低了油的方法速度在朝向滚筒纸器的水面。此可以看出，在图的图 2（ a），其中的外围鼓几乎覆盖着前附着的油刮操作发生。图 2（ b）表示该转鼓表面是裸露的，因为它不包括油刮痧过程之后，并没有油被发现要坚持到感光鼓表面。 图 3 示出了油的流线。由于在水表面朝向所述滚筒。图 2（ a）和图 3 示也即，油粘在感光鼓表面上之后，油消失从水面撇油区和无油下游在滚筒前方的略读区域。 然而，在轻油的情况下（柴油或 10W），用于例如，石油运动到略读所需时间面积是短得多（图 4）。出于这个原因，它可以是图。 3 油流线 在水面上，由于滚筒旋转在厚厚的油（ 40 W）图。 5 略读的过程中，使用原油 。 217 E 部分： 01202 2003英国机械工程师协会转鼓 R 的溢油回收性能图。 6 效果的油。在采油率流明厚度不同的转速 ; 米， 米，原油结论是，在鼓纸器是不适合大量油脂为油不。很快 来。没有进一步的测试是运行使用重油。滚筒分离器的使用原油 能鼓在略读过程中的普遍看法原油示于图。 转鼓转速和油 度 响原油 Y 率图 6 表示在滚 筒纸器的油回收率使用原油以不同的转速。该测试是开展的。上面的油 /水固定的鼓中心块高度接口表面， 米，而油。 厚度在水面上方，从 10 至 40间变化。该结果表明，对于某些油。流明的厚度，作为高速旋转的增加，油 Y 率增加。然而，所记录的采油 率被发现97的在为 60在降低到 95的 75 转。这可以通过增加水引起在油 - 水混合物的百分比，这是由于该增加在滚筒旋转速度。 还表示油的效果。在 厚度油回收率。很明显，在特定的速度，增加在油中。 度增加油鼓接触面积并 因此增加了油的速率。 图。 7 在采油速度鼓中心高度的影响， 米鼓中心高度对原油的影响 收率机油回收率被发现与显着增加鼓中心块高度的水面之上的变化界面，这表现在图 7，在一个恒定的旋转速度 60 转，并且为油状物。 20厚度流明。该上面的油 /水表面界面鼓中心块的高度为降低步长为 5每次运行。进行这些试验出来的两个直径， 300，有相同的长度。结果表明，该油 y 的速率随 克水位。这是由于中心高度（ h），在鼓淹没的减少增加降低油的保持时间。 坚持鼓表面水面下。反过来，这减少油损失从鼓表面到水体。转鼓直径对采油速度的影响 用三个检查鼓直径的效果相同的长度的不同的鼓，和直径 200， 250 和 300 毫米。的试验，进行了在同一水面上方中心高度（同一水观鱼 W，见图。 8），相对于鼓中心线与 米 米直径， 米 米， 米 米。结果表明，在所有情况下采油率随增大滚筒的直径（图 9 的（ a） - （ d）的 2003 英国机械工程师协会 甲。 217 E 部分： （一） 米， 米，原油 ; （二） 米， 米，原油 ; （三）米， 米，原油 ; （四） 米， 米，原油转鼓直径对原油采收率的影响 率恒定的圆周速度为了研究在鼓直径的效果不受滚筒的转速，的数据以上的测试进行了检查，并在绘制相等的圆周速度图。 10（ a）的，在 10 米 /秒和 米， 250 毫米鼓恢复 方米 /秒，而 300 毫米鼓恢复 方米 /秒。也就是说，有增加约 45的石油采收率。同样图。鼓直径的油回收率在 10 效果恒定的圆周速度 转鼓 R 的溢油回收性能 11 鼓长度上采油速度， 米的影响， 米， 油（图 10（ b）的，在 10 米 /秒和 米， 250 毫米鼓 S 秒，而 300 毫米的鼓复苏 方米 /秒。这清楚显示了转鼓直径有显。在采油速度着影响。一种可能的解释这种增加的是，厚度油附着在感光鼓表面增加 s 的增加滚筒的直径。这表明，旋转速度 和鼓直径是影响的主要因素分离器的性能。这显然 是由所指示的结果在图 10 的（ c）和（ d） 德。鼓长度对原油采收率的影响 长度对采油速度的影响呈现图。 着接触面积的长度增加，采油速度增加。但是， 膜厚度覆盖感光鼓期间略读操作不是均匀。事实上，它是厚在滚筒边缘和在薄滚筒的中间区域。采油率增加随着鼓长度达到一定值时，后其中滚筒长度对石油相对较小的影响回收率。在本研究中，有效长度从可用鼓得到为 300 毫米。结果表明，米，回收率增加改 发当鼓长度从改变 24 150 毫米至 300 毫米，而 D 只由速度增加2时， 300 毫米长鼓被替换 450 毫米长鼓。石油类对采油速度的影响 验结果为柴油油获得并 0 瓦油。结果表明，在相同的物理趋势不同的操作 S 和鼓的效果尺寸上的采油速度。由于空间的限制，决定不提出所有的实验数据和图表对于这些类型的油，但它们都包含在该的原油中的二维分析（图 12）。 5 区分析 哪里 回收率（立方米 /秒）， 直径（ m）， 度（ m）， 度 /秒），在滚筒中心上方的油 /水的 口表面（米）， 明厚度（m）， 度（千克 /立方米），油（ 度，并且 面张力（牛顿 /米）。在本次调查中， 等式（ 4）具有 数。 一个古老相对误差的平均有效值作为 （图 13）。 13 实验 组分的比较标准化的采油速度和那些 独立非执行董事由式（ 4） 这个等式的优点是，它可以被应用到一个广泛鼓的直径，长度鼓的旋转速度 ，油状物。 油性质和鼓中心的高度。因为它有相对的一个可接受的值的 平均误差，公式可以应用到鼓撇的设计和操作阶段获得快速，合理，可靠的价值。最后，对于油回收率达式是从公式（ 4），为 轻质原油泄漏。 s 的油回收率越来越鼓的直径，长度鼓，鼓中心高度以上的油 /水界面，浮油厚度和油的粘度，并作为油的密度和表面张力降低。 出了石油预测滚筒的回收率，并从一系列的衍生鼓的尺寸和操作条件的数据。它可以适用的油的不同类型的并 给出了良好的与观察到的数据的协议。致谢 作者要感谢 斯环境在世界范围内，美国）和 L. 司，加拿大）对他们的技术支持。 参考 1 格林伍德，溢油分散剂的 际角色响应。第二届国际会议论文集在地中海和黑海地区溢油， 31 十月至 11 月 3 日，土耳其伊斯坦布尔， 2000 年 11 月，页。 89 2 W 和 个 A 古典和新方法应对海洋石油勘测泄漏清理。海洋 31， 79 甲。 。 217 E 部分： 01202 2003 英国机械工程师协会 转鼓 R 的溢油回收性能 3 特纳， 克白， 斯佩特， 油来自重。浪费了 用 文集对石油的第一次会议溢油在地中海和黑海地区，伊斯坦布尔，土耳其 15998 年 9 月，第311 4 特纳， 木， H 和赫里斯托祖， 发板的 旋转盘分离器的改进形式。该码头与港务局， 1987， 68（ 790）， 5 5 特纳， 利甘， D， 麦克白， 费 重新通货膨胀。用羊肉串 M 离器。提出了在东 油科技 E，巴林， 1996 年。 6 克里斯托抖搂， 特纳， 究和改进的旋转盘撇油器。论文集在溢油应急会议 6月马里兰州巴尔的摩市，美国， 1987 年，第 101 7 克里斯托抖搂， 纳， 威尔逊， 款型号为低到中等的速度 1990 年， 112， 476 8纳加尔， 特纳的 究 石油的第一次会议论文集在地中海和黑海地区外溢， 15 9 月，土耳其伊斯坦布尔。 9纳加尔， 特纳，采用 高采收率旋转盘分离器。 甲。 部分： 2000， 214， 271穆德 10， A。 M， F，水动力带分离器除去油 E。第二届国际会议论文集在 黑海溢油地区，伊斯坦布尔，土耳其， 10 月 31 日 - 2000 年 11 月 3 日，第 125 11 哈穆德， 方大同，盘母校的 影响磁盘性能分离器。第二国际诉讼在地中海会议上溢油和黑海地区，土耳其伊斯坦布尔， 10 月 31 日至 11 月 3 日 2000 年，第 12 方大同， M， F，和哈穆德， A 计 溢油的第二届国际会议地中海和黑海地区，伊斯坦布尔，土耳其 31 十月至 2000 年 11 月 3 日，第 137 13 加拿大西部液压实验室有限公司调查漏油围堵的操作参数 s 与恢复（ 只，牛逼环境下的加拿大科技发展， 1981 年 12 月，报告 14 筑波研究所船舶与海洋基金会。报告 出 E 测试恢 复设备，七月1993 年，报告号 5 15 洛伦佐， T.，约翰内森， ，对研究 E 乳液的影响，在紧急情况工程部的临时数据报告， 术中心，加拿大环境部， 1994年 11 月。 2003 英国机械工程师学会 甲。 。 217 E 部分： 毕业设计报告 (鼓型撇油器的机械结构设计 ) 汇 报 人 : 指导老师 : 日期 : 选题背景 设计方案 设计内容 设计成果 感想总结 选题背景 海上石油开采和运输意外事故造成石油泄漏，海面溢油严重破坏海洋生态环境，浪费宝贵的石油资源 ,造成巨大的经济损失 设计方案 类型 适用粘度范围 收油含水率 适用海况条件 粘附式撇油器 中、低粘度溢油 低 适合相对平静的水面 堰式撇油器 低、中粘度溢油 高 可以运行在 空吸式撇油器 对 低 粘度溢油有效，对高粘度溢油几乎无效 当水面平静时含水率较低，水面有波浪时含水率较高 适合相对平静的水面 机械式撇油器 高粘度重油 高 近岸、适合的海面条件比较宽泛 粘附式中的鼓型撇油器 设计方案 鼓式撇油器基本原理是在滚筒表面加上一层亲油材质，通过滚筒转动将粘附在滚筒溢油带到刮油板处，再刮油板挤压滚筒上的溢油，收回储油槽 设计方案 设计内容 一 根据溢油、海水、亲油材料的特性拟定鼓型撇油器设计方案； 二 鼓型撇油器回收运动和溢油、海水运动的数学模型的选用； 三 鼓型撇油器机械结构设计； 四 鼓型撇油器执行结构尺寸设计、强度校核、动力计算及选择、动力传动设计； 五 其他部件收油罐、刮油板等辅助部件设计； 设计任务 三维装配模型 轴承支架 减速电机 滚筒 封盖 支架 刮油板 滑块 刮油板支架 轴承支架 收油槽 滑道 设计内容 设计内容 撇油器机械结构设计 收油机构 设计内容 撇油器机械结构设计 收油机构 设计内容 撇油器机械结构设计 收油机构刮油板 设计内容 撇油器机械结构设计辅助部件的设计 滚筒吃水深度调节 刮油板与滚筒之间的距离调节 设计内容 轴的设计 设计内容 轴的受力分析 设计结果 水、亲油材料的特性拟定鼓型撇油器设计方案； 水运动的数学模型的选用； 度校核、动力计算及选择、动力传动设计； 油板等辅助部件设计； 设计结果 力计算、扭矩计算 配图 1张，零件图 11张 真 支撑板的仿真分析 设计结果 设计结果 支撑板的仿真分析 感想总结 初次做这样专业性的设计课题，知识能力有限，存在很大问题。我对于整个机械从设计到制造整个流程的全局考虑不够，在机械的运动控制方面知识不够，在材料最优选取知识不足。 谢谢各位老师！ 本科毕业设计任务书 论文（设计） 题目 鼓型撇油器的机械结构设计 院（系、中心） 工程学院机电 工程系 专 业 机械设计制造 及其自动化 年 级 2011 级 选题来源 科研 课题 纵向课题（ ） 选题类型 理论研究（ ） 横向课题（ ） 教师自拟课题（ ） 应用基础研究（ ） 学生自拟课题（ ） 技术或工程开发（ ） 论文（设计）的基本构思和基本任务： 基本构思：近年，因船舶碰撞、翻倾、搁浅以及海上平台泄漏等因素，发生的较大规模的恶性溢油事故已成为海洋生态环境的最大威胁， 并逐年呈现上升趋势。海面溢油处理技术的开发和应用成为当前海洋机电装备研究的热点之一。本课题拟针对海面油污的隔离和收集问题进行机械装置的结构设计。鼓型撇油器是 利用油粘附在某些物质上的能力（如聚丙烯、 铝便是很好的吸附物质）让浮油吸附在一个运动的表面上，然后被带出水面，通过刮擦或挤压转移至贮油槽或输油泵中。 基本任务：鼓型撇油器处理的溢油 最大粘度值为 104最佳值在 100 1000 要求： 完成机械结构设计、零件受力分析及设计计算，绘制不少于 2 张零号幅面的整套图纸。 目前的基础（包括资料收集情况、前期工作情况等） 机械原理、机械设计、 油回收、撇油器、亲油材料 （设计）进度安排 2015 年 3 月，检索资料、撰写文献综述，完成总体方案设计，通过开题答辩 2015 年 4 月，零件受力分析及设计计算，绘制图纸，通过中期检查 2015 年 5 月，修改图纸，撰写论文，准备参加答辩 论文起止时间：自 2015 年 3 月 8 日起 2015 年 5 月 28 日止 学生（签名）： 指导教师（签名）： 院（系、中心）负责人（签名）： 注：表格不够可另附页 1 中国海洋大学 本科毕业设计 开题报告 题 目 鼓型撇油器机械结构设计 院、 系 工程学院 专 业 学生姓名 学 号 指导教师 教务处制表 2015 年 4 月 2 日 2 一、选题依据 课题来源、选题依据和背景情况；课题研究目的、学术价值或实际应用价值 课题来源、选题依据和背景情况 石油作为现代工业的主要能源，也是各个国家生存和发 展不可或缺的主要资源。随着近年来对海洋石油资源的不断开采，船舶碰撞、翻倾、搁浅以及海上平台损坏等因素都会造成石油溢漏。海上溢油事故的频繁发生 , 使得海洋生态环境遭到严重的破坏。溢出大量原油或成品油于海洋环境中 ,破坏海洋生态环境、浪费海洋石油资源，造成巨大的经济损失。海上溢油对海洋环境的污染以及对石油资源的浪费已经成为了各国面临的一个难题。沿海很多国家开展了对海上溢油相关的研究，研究有效的治理方法和设备。 除了国际制定了相应的法律法规防止溢油事故发生以外，也非常重视对溢出油的及时有效处理、回收清理等技术的研究 。 课题研究目的、学术价值或实际应用价值 目前 ,对海上溢油的处理方法主要有物理方法、生物方法和化学方法。生物法是通过生物降解办法处理海面石油，化学法是通过化学剂来处理溢油，生物法和化学法只能处理油层薄、溢油少等情况，而且不能有效回收溢油，见效也慢。在这些方法中 ,物理法中的机械回收由于不仅防止了溢油对海洋环境的污染而且回收了宝贵的石油资源 ,因而是目前应用最为广泛的溢油处理技术。在实际应用中 , 机械溢油回收技术主要是撇油器设备来实现的。 本课题拟针对海面油污的隔离和回收清理收集问题进行机械装置的结构设计。研究 鼓型撇油器在利用油粘附在某些物质上的能力（如聚丙烯、 铝便是很好的吸附物质）让浮油吸附在一个运动的表面上，然后被带出水面，通过刮擦或挤压转移至贮油槽或输油泵中。鼓式撇油器基本原理是在鼓轮表面加上一层亲油材质，通过鼓轮转动将溢油带到挤压滚轮，再有挤压滚轮挤压溢油，收回储油槽。通过鼓型撇油器的研究，并将其应用在实践中既能有效无污染的回收宝贵的石油资源，也避免海洋生态环境遭到破坏。 二、文献综述 3 国内外研究现状、发展动态；查阅的主要文献 机械回收溢油法在不改变溢油物理化学性质的回收清理海面溢油 的方法，一般是先将分散在海面油层薄的通过围栏法围成有一定厚度的、控制在一定区域的溢油，再由回收船、撇油器、吸油材料、溢油回收存储罐等机械回收设备进行回收。目前撇油器通常是联合围栏装置、回收船、储油罐等作业。 各类撇油器一般适用条件及回收效果 撇油器类型 风速 / (英里 /小时 ) 水速 / (英里 /小时 ) 浪高 /m 海面风力等级 粘度 / 收率 /% 理论回收量（ m3/h） 真空式 3 50000 060 5200 刷式 16 1 4 2000050000 5090 1200 带式 6 1 1000 5090 10400 圆盘式 10 1 3300 5090 1400 鼓式 10 1 30000 5090 160 总的来说，对于真空式等抽吸式的撇油器一般适用于中、低粘度的溢油，一般适用在静水中，在波动的海面上效果很低，平静水面下面含水率低、存在波浪时含水率大，油的粘度越高、比重越大，效果越差；对于堰式撇油器适用在 12m/大浪中，静水下的 效果好，在油层较薄，风浪较大时容易回收到较多的水。对于管式、带式、刷式、盘式、绳式、鼓式等粘附式撇油器，适用在高、中粘度的溢油回收，适用在相对平静的海面上，甚至含有一些碎冰的水域也适合。 目前，在我国，由青岛光明环保技术有限公司研发的船携式收油系统由撇油器、扫油臂、动力站和软管等组成，溢油回收系统由一条船侧拖带向前运动收油。撇油器为带式动态斜面式，其收油带和输油泵都由液压马达驱动，液压马达则由船甲板上的动力站通过液压软管组提供动力并进行控制。系统回收的油传送到作业船上的存储系统中。撇油器上的收油带、输油泵、 集油井等装在一铝合金制机 4 架上，机架上有两个浮箱。撇油器前端两侧接有两条围油栏式的扫油臂，两条围油栏的前端用一杆撑开。该收油系统作业时，作业船用拖绳拖带撑杆两端并通过围油栏拖带撇油器前进。若作业船较小，可在作业船两侧同时拖挂回收系统以提高作业船的平稳性。溢油回收系统对溢油粘度和厚度的适应性较好，随着溢油粘度和厚度的增加，回收效果也会相应提高；在国外，有船携式回收系统，由荷兰公司生产的系列船携式溢油回收系统，不同环境中相应有不同的回收系统。总的来说，大型的回收系统适用于海面溢油回收，小型的 应用于内河水面。集油器、液压泵站和控制系统都安装在工作船上，船携式溢油回收系统的优点是可以随着需要改变撇油器位置，灵活方便的回收溢油，适应性强，回收效率高。溢油回收系统由于采用了不同的撇油器，也可以适应回收不同粘度和厚度的溢油。船携式溢油回收系统，为芬兰劳模公司研发的单臂侧挂式船携式溢油回收系统。该回收系统也主要由撇油器、扫油臂、动力站等部分组成。其中撇油器基于劳模自身开发的硬刷传送带收油技术，可以回收乳化油、焦球油和极高粘度的油，而且随油品粘度的增加收油效果会加强。该回收系统的外形。 为增加作业船的平稳性，可在作业船两侧同时拖挂该回收系统，同时也增加了回收效率。 还有 携式溢油回收系统为美国 司研发的 。 回收系统的撇油器收油的综合效果较好。 查阅的主要文献 1张铁铸 ,何树君 油气田环境保 护 ,2002, 12(l):31 一 33. 2 侯解民 ,孙玉清 ,张银东 大连海事大学自动化研究所 3张同戌 ,张德文 ,任良成等 溢油回收系统比较 4 王永格 大连海事大学 三、研究内容 5 要研究内容及拟解决的关键问题（或技术） 本课题机械以溢油回收中的鼓型撇油器为研究对象，对回收过程中一些问题的研究，找到影响撇油器回收速率的因素，从而提高回收效率的办法。根据所学的机械专业知识，从鼓型撇油器结构上找到最简、最优的设计，设计出最有效的回收溢油的鼓型撇油器。提高撇油器对油层薄厚的适应性，能适用在海面条件恶劣下作业。着重对撇油器的溢油回收机构、油水分离机构的机械 结构设计，在满足使用条件下，设计经济性好溢油回收设备。 原理图为： 拟解决的关键问题 （ 1）根据溢油、海水、亲油材料的特性拟定鼓型撇油器回收溢油技术； （ 2）鼓型撇油器回收运动和溢油、海水运动的数学模型的选用； （ 3）鼓型撇油器机械结构分析设计； （ 4）鼓型撇油器执行结构尺寸设计、强度校核、动力计算及选择、动力传动设计； （ 5）其他部件储油罐、吸油泵、刮板等辅助部件的分析设计； 2拟采取的研究方法、技术路线、实施方案及可行性分析 根据目前已有研究现状，汲取优秀的设计思维。针对鼓型撇油器机 械结构设计主要研究，由一般鼓型撇油器的适用条件确定总体设计方案，再进行溢油回收的数学模型计算，具体结构设计、受力分析、运动分析、强度校核，建立三维模型，再对方案进行可行性验证，最后完成各个参数的最终设计修改，绘制工程图纸，撰写论文，完成毕业设计。 技术路线 6 （ 1）查阅资料，分析溢油环境特性，理论上分析设计出撇油器的总体方案； （ 2）根据鼓型撇油器回收溢油过程建立数学模型，分析计算出各个重要参数； （ 3）应用三维 立鼓型撇油器模型，具体分析设计机械结构，进行受力分析、强度校核； （ 4）应用 行运动仿 真验证，对设计方案的最终验证； （ 5）各部件的尺寸、材料等最终确定，工程图纸的绘制，完成设计； 可行性分析 垂直放置鼓轮绕水平轴转动 , 鼓轮的一部分浸在表面浮有油膜的水中。当鼓轮转动时 , 油附着在鼓轮亲油材质的表面 , 然后被刮除并通过管槽输送到储油罐。采用鼓型撇油原理的产品有多种 , 外形和尺寸各不相同。文献检索表明 , 典型鼓轮直径是 260度是 450据不同的需要而定。较大的鼓型撇油器主要用于开阔海域的溢油清除 , 而较小的类型则用于港口和内陆水域。显然 , 鼓型撇油器的收油能力取决于鼓轮的尺寸和 数量。比较典型的是一个大尺寸鼓轮和两小尺寸个鼓轮两种类型。 一、两个小尺寸鼓轮的鼓型撇油器 图一 两个小尺寸的鼓轮一起的鼓型撇油器和一个鼓轮的撇油器的回收溢油原理一样，只是在结构多一了一个鼓轮，由于有前后轮的两次粘附回收，所以回收溢油的效果会更加彻底，但是效率不如直径大的一个鼓轮的鼓型撇油器。 7 二、一个大尺寸鼓轮的鼓型撇油器 图二 一个大直径鼓轮的鼓型撇油器在收油效果上不如上面一种彻 底，但是由于在一样输出功率情况下，一个鼓轮会有更好的溢油回收效率。本次课题主要是研究高效率的溢油回收撇油器，所以选择这种大直径的鼓型撇油器研究。 四、论文（设计）进度安排 起止时间 主要内容 预期目标 3 月 9 至 20 日 检索资料、撰写文献综述，完成总体方案设计，通过开题答辩 清楚国内外研究现状，有了课题的研究方向，并完成总体方案设计 3月 22日至 4月 30日 零件受力分析及设计计算，绘制图纸，通修改图纸，撰写论文，准备参加答辩过中期检查 对设计的撇油器进行具体设计计算，完成图纸和三维 模型 8 5 月 1 日至 28 日 修改图纸，撰写论文，准备参加答辩 完成课题研究，撰写论文，完成毕业设计 五、审核意见 导师意见 导师签字 : 年 月 日 审核小组意见 审核小组成员签字： 年 月 日 注： 1、表格不够可加附页。 2、审核小组应至少由三位具有高级职称的教师 组成；必要时可召集开题报告会。 毕业设计报告 (鼓型撇油器的机械结构设计 ) 汇 报 人 : 选题背景 设计方案 设计内容 设计成果 感想总结 选题背景 海上石油开采和运输意外事故造成石油泄漏，海面溢油严重破坏海洋生态环境，浪费宝贵的石油资源 ,造成巨大的经济损失 设计方案 类型 适用粘度范围 收油含水率 适用海况条件 粘附式撇油器 中、低粘度溢油 低 适合相对平静的水面 堰式撇油器 低、中粘度溢油 高 可以运行在 空吸式撇油器 对 低 粘度溢油有效，对高粘度溢油几乎无效 当水面平静时含水率较低，水面有波浪时含水率较高 适合相对平静的水面 机械式撇油器 高粘度重油 高 近岸、适合的海面条件比较宽泛 粘附式中的鼓型撇油器 设计方案 鼓式撇油器基本原理是在滚筒表面加上一层亲油材质，通过滚筒转动将粘附在滚筒溢油带到刮油板处，再刮油板挤压滚筒上的溢油，收回储油槽 设计方案 设计内容 一 根据溢油、海水、亲油材料的特性拟定鼓型撇油器设计方案； 二 鼓型撇油器回收运动和溢油、海水运动的数学模型的选用； 三 鼓型撇油器机械结构设计； 四 鼓型撇油器执行结构尺寸设计、强度校核、动力计算及选择、动力传动设计； 五 其他部件收油罐、刮油板等辅助部件设计； 设计任务 三维装配模型 轴承支架 减速电机 滚筒 封盖 支架 刮油板 滑块 刮油板支架 轴承支架 收油槽 滑道 设计内容 设计内容 撇油器机械结构设计 收油机构 设计内容 撇油器机械结构设计 收油机构 设计内容 撇油器机械结构设计 收油机构刮油板 设计内容 撇油器机械结构设计辅助部件的设计 滚筒吃水深度调节 刮油板与滚筒之间的距离调节 设计内容 轴的设计 设计内容 轴的受力分析 设计结果 水、亲油材料的特性拟定鼓型撇油器设计方案； 水运动的数学模型的选用； 度校核、动力计算及选择、动力传动设计； 油板等辅助部件设计； 设计结果 力计算、扭矩计算 配图 1张，零件图 11张 真 支撑板的仿真分析 设计结果 设计结果 支撑板的仿真分析 感想总结 初次做这样专业性的设计课题，知识能力有限，存在很大问题。我对于整个机械从设计到制造整个流程的全局考虑不够，在机械的运动控制方面知识不够，在材料最优选取知识不足。 谢谢各位老师！ 分类号 密级 (宋体小五号 ) 本 科 毕 业 设 计 鼓型撇油器的机械结构设计 学生姓名 指导教师 院、系、中心 工程学院机电工程系 专业年级 机械设计制造及其自动 化 2011 级 论文答辩日期 中 国 海 洋 大 学 鼓型撇油器的机械结构设计 完成日期： 指导教师签字： 答辩小组成员签字： I 摘要 随着对海上石油的需求增加，海上石油开采和运输意外事故导致的海面溢油事故也不断增加，造成严重的环境破坏和经济损失引起了世界各国的重视，加大了对溢油处理技术的研究力度，亟待一种高效、环保、经济的溢油处理装置。本课题拟定针对海面溢油的回收清理收集问题以及海面处理溢油的条件，设计一种溢油回收装置鼓型撇油器。通过选用数学模型对溢油回收过程研究分析，找到影响鼓型撇油器回收溢油效率因素，撇油器各个零部件的结构设计、计算、强度校核、运动受力分析、工程图纸绘制等，为以后的溢油回收研究做提供一点经验。 关键词 ： 海面溢 油；环保；溢油回收；鼓型撇油器 on of in of an of of in an By a to of of to 录 1 绪论 . 1 言 . 1 油器研究现状 . 1 题研究内容 . 3 题设计技术路线 . 4 章小结 . 5 2 鼓型撇油器总体设计方案 . 6 体设计方案选择 . 6 型撇油器的三维装配模型 . 6 章小结 . 7 3 鼓型撇油器溢油回收数学模型 . 8 溢油流体的数学分析 . 8 附在滚筒上溢油流体的流动状态 . 8 附在滚筒上溢油流动的数学模型 . 9 型撇油器溢油回收量的计算 . 9 章小结 . 11 4 鼓型撇油器的机械结构设计 . 12 型撇油器初始参数 . 12 型撇油器性能 . 12 型撇油器初始参数 . 12 型撇油器四大功能部分的设计 . 13 油机构的设计 . 13 架的设计 . 16 助部件设计 . 17 标准件选型 . 18 章小结 . 19 5 鼓型撇油器的 设计 计算 . 20 力计算 . 20 矩计算 . 21 章小结 . 21 结论 . 22 参考文献 . 23 致谢 . 24 第一章 绪论 1 1 绪论 石油作为现代工业的主要能源，也是各个国家生存和发展不可或缺的主要资源。随着近年来对海洋石油资源的不断开采，船舶碰撞、翻倾、搁浅以及海上平台损坏等因素都会造成石油溢漏。海上溢油事故的频繁发生 , 使得海洋生态环境遭到严重的破坏。溢出大量原油或成品油于海洋环境中 ,破坏海洋生态环境、浪费海洋石油资源，造成巨大的经济损失。海上溢油对海洋环境的污染以及对石油资源的浪费已经成为了各国面临的一个难题。沿海很多国家开展了对海上溢油相关的 研究，研究有效的治理方法和设计出高效的回收设备。国际制定了相应的法律法规防止溢油事故发生以外，也非常重视对溢出油的及时有效处理、回收清理等技术的研究。目前 ,对海上溢油的处理方法主要有物理方法、生物方法和化学方法。生物法是通过生物降解办法处理海面石油，化学法是通过化学剂来处理溢油，生物法和化学法只能处理油层薄、溢油少等情况，而且不能有效回收溢油，见效也慢。在这些方法中 ,物理法中的机械回收由于不仅防止了溢油对海洋环境的污染而且回收了宝贵的石油资源 ,因而是目前应用最为广泛的溢油处理技术。在实际应用中 , 机械溢油回 收技术主要是撇油器设备来实现的。 油器研究现状 机械回收溢油法在不改变溢油物理化学性质的回收清理海面溢油的方法，一般是先将分散在海面油层薄的通过围栏法围成有一定厚度的、控制在一定区域的溢油，再由回收船、撇油器、吸油材料、溢油回收存储罐等机械回收设备进行回收。目前撇油器通常是联合围栏装置、回收船、储油罐等作业。 表 1类撇油器一般适用条件及回收效果 1 中国海洋大学本科毕业设计 2 撇油器类型 风速 / (英里/小时 ) 水速/(英里 /小时 ) 浪高 /m 海面风力等级 粘度 / 收率 /% 理论回收量（ m3/h） 真空式 3 50000 060 5200 刷式 16 1 4 2000050000 5090 1200 带式 6 1 1000 5090 10400 圆盘式 10 1 3300 5090 1400 鼓式 10 1 30000 5090 160 如表 1示，总的来说，对于真空抽吸式的撇油器一般适用于静水条件下的中、低粘度浮油的回收，在波动的海面上效果很低，平静水面下面含水率低、存在波浪时含水率大，油 的粘度越高、比重越大，效果越差；堰式撇油器适用在 12m/s 的风况和 2水下的效果好，在油层较薄，风浪较大时容易回收到较多的水。管式、带式、刷式、盘式、绳式、鼓式等粘附式撇油器，适用在相对平静的海面上的高、中粘度的溢油回收，甚至含有一些碎冰的水域也适合。 目前，在我国，由青岛光明环保技术有限公司研发的船携式收油系统由撇油器、扫油臂、动力站和软管等组成，溢油回收系统由一条船侧拖带向前运动收油。撇油器为带式动态斜面式，其收油带和输油泵都由液压马达驱动，液压马达则由船甲板上的动力站通过液压软管组 提供动力并进行控制。系统回收的油传送到作业船上的存储系统中。撇油器上的收油带、输油泵、集油井等装在一铝合金制机架上，机架上有两个浮箱。撇油器前端两侧接有两条围油栏式的扫油臂，两条围油栏的前端用一杆撑开。该收油系统作业时，作业船用拖绳拖带撑杆两端并通过围油栏拖带撇油器前进。若作业船较小，可在第一章 绪论 3 作业船两侧同时拖挂回收系统以提高作业船的平稳性。溢油回收系统对溢油粘度和厚度的适应性较好，随着溢油粘度和厚度的增加，回收效果也会相应提高 2。 在国外，有船携式回收系统，由荷兰公司生产的系列船携式溢 油回收系统，不同环境中相应有不同的回收系统。总的来说，大型的回收系统适用于海面溢油回收，小型的应用于内河水面。集油器、液压泵站和控制系统都安装在工作船上，船携式溢油回收系统的优点是可以随着需要改变撇油器位置，灵活方便的回收溢油，适应性强，回收效率高。溢油回收系统由于采用了不同的撇油器，也可以适应回收不同粘度和厚度的溢油。船携式溢油回收系统为为芬兰劳模公司研发的单臂侧挂式船携式溢油回收系统。该回收系统也主要由撇油器、扫油臂、动力站等部分组成。其中撇油器基于劳模公司自身开发的硬刷传送带收油技术 ，可以回收乳化油、焦球油和极高粘度的油，而且随油品粘度的增加收油效果会加强。该回收系统的外形。2为增加作业船的平稳性，可在作业船两侧同时拖挂该回收系统，同时也增加了回收效率。 携式溢油回收系统为美国 司研发的 。 回收系统的撇油器收油的综合效果较好。 题研究内容 本课题拟针对海面油污的隔离和回收清理收集问题进行机械装置的结构设计。研究鼓型撇油器在利用油粘附在某些物质上的能力（如聚丙烯、 铝等材料是很好的吸附物质）让浮油吸附在一个运动的表面上，然后被带出水面，通 过刮擦或挤压转移至贮油槽或输油泵中。鼓式撇油器基本原理是在滚筒表面加上一层亲油材质，通过滚筒转动将溢油带到挤压滚轮，再刮油板挤压滚筒上的溢油，收回储油槽。通过鼓型撇油器的研究，并将其应用在实践中既能有效无污染的回收宝贵的石油资源，也避免海洋生态环境遭到破坏。原理如图 1示。 中国海洋大学本科毕业设计 4 图 1型撇油器原理图 本课题以溢油回收中的鼓型撇油器为研究对象，对回收过程中一些问题的研究，找到影响撇油器回收速率的因素，从而提高回收效率的办法。根据所学的机械专业知识，从鼓型撇油器结构上找到最简、最优的设计，设计出最有效 的回收溢油的鼓型撇油器。提高撇油器对油层薄厚的适应性，能适用在海面条件恶劣下作业。着重对撇油器的溢油回收机构、油水分离机构的机械结构设计，在满足使用条件下，设计经济性好溢油回收设备。课题主要任务： （一） 根据溢油、海水、亲油材料的特性拟定鼓型撇油器回收溢油技术； （二） 鼓型撇油器回收运动和溢油、海水运动的数学模型的选用； （三） 鼓型撇油器机械结构分析设计； （四） 鼓型撇油器执行结构尺寸设计、强度校核、动力计算及选择、动力传动设计； （五） 其他部件收油罐、吸油泵、刮板等辅助部件的分析设计； 题设计技术路线 根据目前已有研究现状， 汲取优秀的设计思维。针对鼓型撇油器机械结构设计主要研究，由一般鼓型撇油器的适用条件确定总体设计方案，再进行溢油回收的数学模型计算，具体结构设计、受力分析、运动分析、强度校核，建立三维模型，再对方案进行可行性验证，最后完成各个参数的最终设计修改，绘制工程图纸，撰写论文，完成毕业设计。 （一） 查阅资料，分析溢油环境特性，理论上分析设计出撇油器的总体方案； 第一章 绪论 5 （二） 根据鼓型撇油器回收溢油过程建立数学模型，分析计算出各个重要参数； （三） 应用三维 立鼓型撇油器模型，具体分析设计机械结构，进行受力分析、强度校核； （四） 应用 真验证，对设计方案的最终验证； （五） 各部件的尺寸、材料等最终确定，工程图纸的绘制，完成设计； 章小结 通过对撇油器相关文献资料的查阅，了解到现有的撇油器种类及相应的溢油回收特性，对海面溢油事故处理有了一定的认识，对于后面鼓型撇油器的设计提供了一定的理论基础。对鼓型撇油器的特性和适用条件有了深入的了解，为鼓型撇油器的机械结构设计奠定了基础。 中国海洋大学本科毕业设计 6 2 鼓型撇油器总体设计方案 体设计方案选择 鼓型撇油器按照收油滚筒的个数可以分为单个滚筒式鼓型撇油器和多个滚筒式鼓型撇油器。垂直放置的滚筒绕水平轴转动 , 滚的一部分浸在表面浮有油膜的水中。当滚筒转动时 , 油附着在滚筒亲油材质的表面 , 然后被刮油板刮除并通过管槽输送到储油罐。文献检索表明 , 典型鼓轮直径是 260度是 450据不同的需要而定。较大的鼓型撇油器主要用于开阔海域的溢油清除 , 而较小的类型则用于港口和内陆水域。显然 , 鼓型撇油器的收油能力取决于滚筒的尺寸和数量以及滚筒的线速度 3。比较典型的是一个大尺寸滚筒（如图 2-1 a）所示）和两小尺寸个滚筒（如图 2-1 b）两种类型。 a) 单滚筒式鼓型撇油器 b）双滚筒式鼓型撇油器 图 2型撇油器 两个小尺寸的滚筒一起的鼓型撇油器和一个滚筒的撇油器的回收溢油原理一样，只是在结构多一了一个滚筒，由于有前后轮的两次粘附回收，所以回收溢油的效果会更加彻底，但是收油效率不如直径大的一个鼓轮的鼓型撇油器。一个大直径鼓轮的鼓型撇油器在收油效果上不如上面一种彻底，但是由于在一样输出功率情况下，一个滚筒的线速度大，一个鼓轮会有更好的溢油回收效率，再加之一个滚筒的结构简单。本次课题主要是研究高效率的溢油回收撇油器，所以选择设计一个大直径滚筒的鼓型撇油器。 型 撇油器的三维装配模型 根据所选择鼓型撇油器的总体设计方案，运用 制的三维装配图。鼓型撇油器第三章 鼓型 撇油器溢油回收数学模型 7 的主要部件包括滚筒、密封盖、支架、刮油板、刮油板支架、电机、轴承支架、轴承、滑块、滑道、收油槽、浮体等。撇油器的回收溢油过程是在滚筒转动下将海面溢油粘附在表面，旋转至刮油板时被刮油板挤压刮除到收油槽里，最后由吸油泵将溢油吸回船上，这样就完成了海面溢油的回收。 图 2型撇油器三维装配图 撇油器工作过程：鼓型撇油器安装在回收船的一侧，当减速电机启动时，滚筒上的亲油材料粘附溢油到滚筒表面，滚筒转动，经刮油板 将滚筒表面溢油刮除，并导流如收油槽中。一般情况，滚筒有一半在水面下，通过调节滑块位置，可以调整滚筒轴线与水面之间的距离。 章小结 本章经过分析确定了鼓型撇油器的总体设计方案，确定了设计的鼓型撇油器基本模型。分析设计到了整个机械部件之间的具体装配结构关系。为后面的结构设计计算提供了一个感性、具体实在的认识。 中国海洋大学本科毕业设计 8 3 鼓型撇油器溢油回收数学模型 溢油流体的数学分析 根据流体力学相关理论，把流体视作为在某个空间运动的流体质点集合，分析研究鼓型撇油器滚筒运动时溢油流体的的运动，通常用到描述流体运动 的两种方法是拉格朗日法和欧拉法。 （一） 拉格朗日法又称为随体法，是由分析研究某一个流体质点的运动特性而得到整个流体的运动状态的方法，用 t。时刻流体质点的初始坐标 (a,b,c)作为流体质点的标一记。当赋予 (a,b,c)某一组确定值时 ,即表示跟踪这一特定流体质点来考察其运动。该流体质点以后所处的位置 (x,y,z)与时间 当改变 (a,b,c)值时 ,既是考察另一流体质点的运动。进而对整个流体作出描述。拉格朗日法的迹线方程 : ),(),(),(式中 a,b,c,t 称为拉格朗日变数， x,y,z 分别为 t 时刻流体质点的三个坐标。当给定一组 (a,b,c)值改变 t 时 ,则式描述出这一特定流体质点的运动轨迹 ;当给定 t 而改变(a,b,c)值时 ,描述了某一特定时刻流体质点的空间分布。 （二） 欧拉法又称为当地法，它在选定的一个空间点，观察先后经过这个空间点的各个流体质点物理量的变化情况，当逐次由一个空间点转移到另外的一个空间点便能了解整个流场或部分流场的运动情况。公式为： ),(),(),(式中 ,x,y,z 是 流体质点在 t 时刻的运动坐标 ,对同一质点来说它们不是独立变量 ,而是时间变量 里仅注意某一瞬间占有这个空间位置的质点在当时的运动要素如何 ,而不必考虑这个质点的过去和将来。 附在滚筒上溢油流体的流动状态 通常 ,在海上或港区泄露的是原油或重油 ,原油在常温下几乎不能流动 ,本课题研究的第三章 鼓型撇油器溢油回收数学模型 9 是针对在常温下能流动、中等粘度溢油。比重一般在 成分主要是炭、水等。对于撇油器滚筒旋出油液的情景符合流体沿竖直平面的运动形式 ,可以按以下公式来分析求解雷诺数。 ，式中， 雷诺数， V 为流体流量， 流体截面积， 0 为动力粘度。流体沿竖直平面的运动由层流到紊流的过渡点 ,已经通过实验求得。根据 972)和 960)实验得出的雷诺数 400。对于粘度较高的重质油 ,粘度一般都在 1000 以上 ,滚筒旋转的速度一般为 4过计算 ,雷诺数远远小于 400,故滚筒粘附的油均为层流运动 ,不存在边界层的分离现象。因而滚筒粘附溢油的流体的运动形式为层流。由于重质油的粘度较高 ,油液间的粘滞力很大 ,在重力作用下对旋出液体厚度的影响很小 ,可近似为等厚。 附在滚筒上溢油流动的数学 模型 根据流体力学相关知识，由纳维 考虑了不可压缩流体的流动。程表达式如下： 2222 2 21x x x t x x y z 2222 2 21y y y t y x y z 2222 2 21z z z t z x y z 式中， 是流体密度； p 是压力； 流体在在 t 时刻，在点（ x， y， z）处的速度分量； 外力的分量； 为粘度。 型撇油器溢油回收量的计算 如图 3示 滚筒旋出溢油的情形满足在重力作用下的无限宽垂直面上具有等深自由面的二维恒定不可压缩流体的层流运动。滚筒上的溢油可以理想化为不可压缩粘性流体，在滚筒上做定常运动。取溢油层厚度为 a,流体密度为 ，运动速度为 U,动力粘度中国海洋大学本科毕业设计 10 为 ，为沿斜面微小流层单位面积摩擦应力（剪切应力），液面压强 p 为常量，且不计液面与空气之间粘度切应力。选用直角坐标系， y 为垂直斜面的坐标； x 为平行斜面的坐标； 鼓型撇油器如图 3示，随着溢油流动建立自然坐标系 图 3筒上溢油流动状态分析图 在滚筒的带动之下，溢油在滚筒表面上沿着 x 方向流动， y 轴垂直于流动方向， 当输送带的宽度为 b 时 ,每小时通过滚筒的流量公式为： 3as 003 6 003 (3式中： Q：收油速率（ m/h） b ：输送带宽度（ m） a ;为输送带上油膜厚度（ m） U；为输送带运动速率（ m/s）， ：油的动力粘度（ N s/）， ：为油密度（ Kg/m）， ：为倾斜角度（）。 式 3为鼓型撇油器收油量的计算表达式。这个表达式说明鼓型撇油器输送溢油的流量与传送带的速度 U（ m/s）， 滚筒宽度 b（ m）流体物质层厚度 a（ m）滚筒倾斜角度 ( )，流体物质的密度 ，重力加速度 g 及流体物质的动力黏度（ 关。所以在设计鼓型撇油器的时候，要根据收油量的需要，选取适当的带宽和工作速度来进行设计。 第三章 鼓型撇油器溢油回收数学模型 11 为了求解在什么条件下鼓型撇油器能够输送的流量为最大，根据函数最大值的求解方法，可以求得最大流量为 4： 2321m a x 32s 章小结 本章通过用流体力学相关知识分析溢 油流体，以及撇油器回收溢油流体的特性，通过分析计算，找到了影响鼓型撇油器溢油回收效率的因素，为后面的结构设计和计算提供的理论依据。 中国海洋大学本科毕业设计 12 4 鼓型撇油器的机械结构设计 型撇油器初始参数 型撇油器性能 撇油器的三个性能参数：回收速率（ m3/h） 单位时间内回收油的体积，回收效率（ %）是指回收油占总回收液体积百分数，回收效率被撇油器种类和使用条件 (风、浪和温度 )所决定，彻底性效率是指回收油占遭遇油 体积百分数彻底性效率被系统性能、使用条件 (风、浪和温度 )和作业条件（拖带速度等）所决定 参考文献 。鼓型撇油器回收溢油性能： （一） 适用于中、低粘度油，溢油粘度范围，最大粘度值为 610 佳适用范围为 4103 右。 （二） 水流溢油回收有影响，适于在静水中工作。 （三） 是波浪对回收效率有影响，适于长周期波中收油。 （四） 油粘度不高时，回收到的溢油含 水率会很低，含水率会随着速度和粘度增加而增加。 （五） 波浪对回收效率有影响，适于长周期波中收油。 型撇油器初始参数 鼓型撇油器一般适用于相对稳定的海况下中等粘度溢油的回收，海面浮油主要特性如表 4 4 表 4类别 轻质原油 中质原油 重质原油 特重原油 20相对密度 四章 鼓型撇油器机械结构设计 13 表 4油膜颜色 银白色 灰色 彩虹色 蓝色 蓝褐色 褐色 黑色 黑褐色 橙色（巧克力块状 ） 大约厚度 (m) 15 20 100 10004000 单位面积油膜大约体积（ m3/ 15 20 100 10004000 海面溢油在扩散至厚度为 1 m 时，扩散过程几乎终止，大部分溢漏在海面的浮油将扩散至 左右的平均厚度。本课题设计的鼓型撇油器是和围油栏联合作业，因此，所回收溢油最小厚度取海面溢油最大厚度计算，取溢油厚度 a=度取中质原油 = 理论回收量 160m3/h，最佳回收溢油的运动粘度是 =30000s（属中等粘度）。根据公式 由 可以得出 m3/h，要满足设计条件 1Q60，取 b=1000以得出Q ，因此前面对，的取值对结 果的影响可以忽略。则有 10，n2 ,可取 r=200以得出 U=s，n=s=此可取转速 n=3060r/ ，故本课题设计的鼓型撇油器溢油回收量为每小时回收效率为：0 0 8 6 4 3 0 0 。 型撇油器四大功能部分的设计 油机构的设计 收油机构中是撇油器的主要执行机构，主要部件结构如图 4示 。 其中滚筒在驱动系统的带动下转动，将粘附在滚筒表面的溢油转至刮油板，再由刮油板挤压收溢油到储油槽。因此滚筒的尺寸、吃水深度、转速等都是影响收油效率的关键因素。为减少中国海洋大学本科毕业设计 14 回收溢油中的含水量，增加收油效率，滚筒表面的疏水亲油材料为铝合金。 图 4油机构结构图 （一） 滚筒的设计，滚筒材料选取亲油疏水的铝合金，具体选用抗腐蚀性能好，可焊接性优良的 5铝合金 。因此可根据海面溢油回收实际情况和收油效果设定滚筒基本尺寸为：滚筒直径 D 为 400筒长度 b 为 1000据资料经验公式可得出滚筒厚度公式为 4： （二） 刮油板， 刮油板就是将粘附在滚筒上的溢油从滚筒表面刮下，然后顺着刮油板流入储油槽里。为保证溢油能够被刮下，刮油板垂直安装相切与滚筒，刮油板支架用弹簧使刮油板与滚筒接触，同时也要满足刮油 板与滚筒的距离和压力可以调节。刮油板是配合在滚筒上使用，所以刮油板长度为 L=1020 （三）轴的设计 ，对于收油滚筒中轴的设计， 材料选用轴类常用的 45 号钢，具有较高的强度和硬度。轴直径的初步估算 安装扭转强度估算，扭转强度条件 3109 55 0, T分别为轴的扭转剪应力和许用扭剪应力， T 为转矩， P 为轴所传递的功率， 33 ，其中 d 为轴直径， n 为轴的转速，因此有 3336 ，其中 C 为与轴的材料和承载情况有关的系数，对于 45 号钢，第四章 鼓型撇油器机械结构设计 15 C 的范围一般为 126103，取 C 为 126 计算，得 1 5 6 33 ，考虑到轴端键槽对强度的削弱，将轴径增大 37%，故 d=步取 d=20 按照弯矩合成强度条件计算，如图 4对轴受力分析图。 图 4受力分析图 由 分析得出轴受到最大弯矩点的弯矩为 M=最大扭矩点的扭矩为T=已知轴的最大弯矩和最大扭矩情况下，对轴做强度校核。根据第三强度理论，计算应力为 22 4 。通常由弯矩所产生的弯曲应力 是对称循环变应力，而由扭矩所产生的扭转切应力 则常常不是对称循环变应力。为了考虑两者循环特性不同的影响，引入折合系数 ，则计算应力为： )( 22 4 ，式中弯曲应力为对称循环变应力。此扭转为静应力，且扭转切应力为对称循环变应力，因此取 1； 对于直径为的圆轴，弯曲应力为 =扭转切应力 2 ,将 和 代入中国海洋大学本科毕业设计 16 上式，则轴的 弯扭合成强度为： )2(224 =W 22 式中： 带入以算出的数值，可以计算出： 5 号钢的极限 1 =245此在 d=20满足设计要求 5。 （四） 辐板的设计，辐板起支撑滚筒和连接轴与滚筒的作用。辐板包括辐板和轮毂两部分结构。对于滚筒内辐板厚度的计算，材料选 取质量轻的铝合金，具体选用具有很高的强度和硬度和良好切削性能的 2024 型铝合金（又称硬铝）， =245 根据静平衡分析，辐板应安装在滚筒四分之一和四分之三出，只受径向力作用，因此初步设计辐板外径为滚筒内径 84径为轮毂外径，厚度为 10于轮毂 的设计，轮毂的外径由辐板内径决定，内径由轴直径决定，由于轴与轮毂采用胀套配合，因
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