开题报告-鼓型撇油器的机械结构设计.doc

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 机械设计及其自动化 (年级)2011级学生姓名 学 号 指导教师 教务处制表 2015年 4 月 2 日一、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、PVC 和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/cSt回收率/%理论回收量（m3/h）真空式30.70.42500000605200刷式1611.534200005000050901200带式611.221000509010400圆盘式1011.23330050901400鼓式1011.23300005090160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/s的风况和22.5m的大浪中，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DIP 船携式溢油回收系统为美国 SLICKBAR 公司研发的 。 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.胜利油田海洋溢油回收装置与回收方法研究.油气田环境保 护,2002,12(l):31一33.2 侯解民,孙玉清,张银东.海上溢油机械回收技术研究.大连海事大学自动化研究所3张同戌,张德文,任良成等.国内外船携式溢油回收系统比较.交通部水运科学研院4 王永格.粘附式溢油回收设备设计研究.大连海事大学三、研究内容1.学术构想与思路；主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（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CAD建立鼓型撇油器模型，具体分析设计机械结构，进行受力分析、强度校核；（4）应用UG进行运动仿真验证，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260mm,长度是450mm,依据不同的需要而定。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。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