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真空净油机喷雾蒸发及软测量技术研究

李川  
【摘要】: 真空净油机在真空状态下蒸发去除油中水分污染物以提高油液的使用性能,因此水分蒸发的能力直接决定真空净油机的净化效率。油液喷射雾化可以增大油中水分真空蒸发的表面积,从而提高真空净油机的蒸发能力。通过分析真空净油机对油液雾化的要求,分别考虑真空净油机运行和雾化粒度两方面的条件,提出了具有涡旋雾化面的螺旋圆锥喷嘴和压力旋流离心喷嘴两种油液喷射雾化的方案,应用到真空净油机不同的雾化点。在此基础上,提出一种循环真空喷雾蒸发分离结构,研究和开发了一种空调压缩机生产线冷冻机油的真空净油机。 真空喷雾蒸发过程是一个非常复杂的系统过程,所以对油中微量水分含量(简称微水)的真空净化效果难以通过建立机理模型精确计算。同时,微水又是冷冻机油的重要质量指标,一般采用抽样的方法离线实验室检验,这就给真空净油现场质量控制带来了困难。为此,提出采用软测量技术实时估计真空净油机出口微水,减少了传统方法保守估计带来的时间和资源浪费。将软测量技术应用到质量控制中来,与生产线后续工序合理集成调度,开发的系统在真空净油机上应用,提高了真空净油机生产合格冷冻机油的效率和对后续工序的支持能力,满足了生产需求。论文的主要内容如下: ①针对真空净油机进油口防颗粒堵塞和低入口压力条件下的油液雾化,提出了一种可以获得低成本雾化的螺旋圆锥喷嘴,采用渐变螺旋角的内外双圆锥的空心螺旋喷射型面,并对喷射面进行首尾优化处理,设计的喷嘴体应力分布更均匀,其涡旋雾化迹线克服了传统同心圆雾化迹线的部分重叠过渡面的缺点,能够更大限度通过大颗粒的杂质而不堵塞。采用动坐标系向定坐标系映射的方法推导了喷射型面的空间几何模型,计算了雾化平面的射流迹线的平面模型和流体特性参数。给出了螺旋圆锥喷嘴计算实例,并在自行开发的雾化试验台进行试验验证,为螺旋圆锥喷嘴的优化打下了基础。 ②针对真空净油机循环净化的细雾化粒度需求,采用压力旋流离心喷嘴获得更好的油液雾化效果。利用计算流体动力学方法进行压力旋流离心喷嘴的流场分析,建立了压力旋流喷嘴的几何模型,采用k-ε湍流模型数值模拟了喷嘴的旋芯尺寸、使用条件和喷嘴体几何结构对雾化特性的影响。通过数值计算,可以为压力旋流离心喷嘴选择优化的结构和运行参数。 ③以喷射雾化为基础,提出了一种循环真空喷雾蒸发分离装置,使油液在一个工作循环中即可实现快速双效真空蒸发,提高对油中水分的脱除效果。以该装置为核心,结合其他部件组成了真空净油机的硬件结构,采用组态控制建立了该机的基础监控系统,进行蒸发试验,为喷雾蒸发软测量建立了主导变量和二次变量的参数信息系统。 ④针对真空净油机出油微水估计,基于最小二乘支持向量机(LSSVM)建立软测量模型。利用粗糙集作为前置系统,先对数据进行预处理,再把经过预处理后的数据送入LSSVM进行建模。这样就能够充分结合二者的优势,减少信息表达的属性和属性值的数量,提高模型的泛化能力。应用该方法建立真空净油机出油微水的软测量模型,对模型输入维数和训练样本进行了压缩,剔除了离群野值对模型的影响,具有建模快速、估计精度高的特点。 ⑤提出了基于分布式LSSVM的动态软测量建模方法。考虑系统的动态过渡过程对软测量的影响,将输入向量按照过渡时间进行分块,计算空间按照时间序列划分为多个子空间进行分解和综合映射,以建立对主导变量的动态软测量模型。根据真空净油间歇供油对真空度的动态影响,将该方法应用到动态性较强的入口原油微水动态软测量,与动态性不强部分的出油微水静态模型相综合,提高了软测量模型的实用性。对综合软测量模型的多重误差传递进行分析,表明该模型在总体上对误差具有较强的抑制作用。 ⑥根据空调压缩机生产线冷冻机油净化的要求,基于软测量技术进行冷冻机油真空净化质量卡边控制。应用优化调度算法,与生产线上的注油机进行集成调度。将基于软测量的质量控制和集成调度与基础组态控制结合起来,构成真空净油过程的集成控制系统,提高了真空净油机的生产能力和运行效率。


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