CN114669084B - 一种矿物涡轮机油脱水装置及其脱水系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种矿物涡轮机油陶瓷膜脱水装置及脱水系统，包括壳体，其内部设有陶瓷膜滤芯，所述陶瓷膜滤芯提供疏水过滤表面，所述陶瓷膜滤芯包括沿滤芯轴向并联布置的若干入口孔和出口孔，所述入口孔和出口孔间隔布置，且所述入口孔的上端和出口孔的下端均设有封堵件；所述陶瓷膜滤芯的横断面被划分出若干个等间距且同心设置的置孔线，所有入口孔均设在置孔线上且具有圆形截面，且任意两个入口孔之间均设一个出口孔，壳体内还设有清孔装置，所述清孔装置用于清理入口孔的过滤表面。本发明可以有效解决滤芯污染不均匀的问题，并能够大幅度提高过滤速率。

Description

一种矿物涡轮机油脱水装置及其脱水系统

技术领域

本发明涉及油液润滑领域，具体涉及一种用于汽轮机/涡轮机的矿物润滑油在线滤渣脱水装置及系统。

背景技术

矿物涡轮机油泛指以矿物基础油调和出的一种汽轮机润滑油，又称透平油。汽轮机油与其它润滑油的主要差别在于前者具有更好的抗氧化安定性和抗乳化性能，能提供足够的防锈性、抗乳化性以及抗泡沫特性，同时能抑制油泥和漆膜沉积物的形成，主要用于发电厂蒸汽轮机、水电站水汽轮机及其它需要深度润滑散热冷却调速的润滑场合。影响涡轮机油使用寿命的因素有：系统的类型和设计、系统运行条件、原始油的质量、油品受污染状况、补油率以及油品的处理和存储条件，其中最容易造成涡轮机油变质劣化的介质是水分。而在实际运行中，无论是蒸汽轮机还是水汽轮机，水分渗流到涡轮机油中的现象通常是难以避免的，所以如何高效去除涡轮机油中的水分是维护发涡轮机组正常运行的关键指标。现有技术中广泛采用在线滤油设备去除润滑油中的水分，其主要依靠滤芯对水的亲和吸附作用将润滑油中的水分吸附，使得其与油液分离。但此类工艺中采用的滤芯在吸附一定量水分后就需要立即进行更换，尤其对于含水率较高的润滑油而言，滤芯的更换会更加频繁，而滤芯更换过程中会不可避免的导致灰尘、金属屑等固体杂质进入润滑油体系，这些固体杂质在后续运行中会形成油泥，进而严重影响设备运行稳定性。陶瓷膜过滤装置是近年来应用较广的一种油水分离过滤材料，其利用滤芯材料的亲和性实现油水分离，一般而言，从提高膜通量和降低膜污染的角度考虑，对水含量高的含油废水(此时水为连续相)，应选用亲水陶瓷膜；而对于油含量高的含水废油(此时油为连续相)，则应选用疏水陶瓷膜。现有的陶瓷膜管主要采用错流式过滤方案，原液从管孔一端进入，另一端流出，而滤后液则穿透膜孔壁后从径向排出。这种方案可以在膜管中布置大量的管孔，提高有效过滤面积，但位于膜管不同位置处的管孔距离膜管外壁的距离差异较大，也即不同管孔处的流体需穿透的膜壁厚度并不相同。这导致此类膜管在实际使用中不同位置的管孔的污染程度和过滤效率差异巨大，而为抑制这样的差异，通常单根陶瓷膜管的直径不能过大，当需要较大的过滤流量时，只能使用多根膜管并联的方式增加过滤面积，这会导致过滤器的直径过大。

发明内容

为解决现有技术中的上述问题，本发明提供一种矿物涡轮机油陶瓷膜脱水装置及其脱水系统。本发明的脱水装置和脱水系统能够有效降低装置整体尺寸，并大幅增加油液脱水速率。

具体的，本发明提供一种矿物涡轮机油陶瓷膜脱水装置，包括壳体，所述壳体的内部设有陶瓷膜滤芯和清孔装置。

所述陶瓷膜滤芯提供疏水的过滤表面，其允许涡轮机油透过其孔壁，同时阻止水分和颗粒杂质透过，进而将涡轮机油中掺杂的水分和颗粒杂质滤除；所述清孔装置用于清理所述陶瓷膜滤芯的过滤表面，防止被截留的水分在过滤表面处聚集进而导致有效过滤面积的大幅度缩减。

其中，所述陶瓷膜滤芯为蜂窝式结构(指过滤孔的一端封堵，另一端开放，并非指孔形状为正六边形)，其包括沿滤芯轴向并联布置的若干入口孔和出口孔，所述入口孔和出口孔间隔布置，且所述入口孔的上端和所述出口孔的下端均设有封堵件，所述封堵件用于阻断相应的管口，进而迫使入口孔中的油液穿透陶瓷膜孔壁进入与之相邻的出口孔以滤除水分和其他杂质。

所述陶瓷膜滤芯的横断面被划分出若干个等间距且同心设置的置孔线(为虚拟圆环)，所有的入口孔均设置在置孔线上，任意两个入口孔之间均设一个出口孔，其中，至少位于同一置孔线上的相邻入口孔具有相同的孔间距(指圆心距离)。

所述壳体的内腔的底部设有一分隔板，所述分隔板将壳体分隔为位于分隔板下部的分配室和位于分隔板上部的安装室；所述分配室与进液管连通，以用于向分配室中引入带过滤的涡轮机油；所述分隔板上开设有若干安装孔，所述安装孔的数量与入口孔的数量相同，且当所述分隔板和所述陶瓷膜滤芯被正确安装时，每一个所述入口孔均对应一个与其同轴布置的安装孔；所述陶瓷膜滤芯设置在安装室内，所述安装室位于陶瓷膜滤芯以上的部分构成净液腔，所述净液腔与所述出口孔的顶端开口连通用于接收经过滤的涡轮机油，所述壳体的顶部设置有出油管，其与所述净液腔连通以用于引出经过滤的涡轮机油。

所述清孔装置包括若干可转动插设在入口孔内的引流管及用于驱动所有引流管转动的动力轮；所述引流管的顶部设有用于与入口孔的内壁和/或入口孔顶部的封堵件配合的上轴承；所述引流管下部设有用于与分隔板上的安装孔配合的下轴承；所述引流管位于下轴承下部管体上的还设有驱动轮；所有引流管的驱动轮均与同一个动力轮配合，并在该动力轮的驱动下围绕其自身轴线旋转；所述引流管的外壁上还设有螺旋状的引水片，所述引水片能够借助引流管的旋转，将聚集在入口孔孔壁处的水分和颗粒杂质向下输送。

优选的，至少所述入口孔为具有圆形截面，以使得所述引水片能够对所述入口孔的整个孔壁形成有效清理。

优选的，所述出口孔具有不规则的截面，该不规则截面使得从油液各任一入口孔渗透至与之相邻的出口孔所需穿透的陶瓷膜壁厚相同。该不规则的出口孔允许在所述陶瓷膜滤芯上设置更加密集的入口孔，从而进一步增大单位体积内的有效过滤面积。

优选的，所述引流管为中空管，且其管壁上开设有若干引流孔；所述引流管的底部开口伸入分配室中。待过滤的油液从引流管的底部开口向上流动，并经引流孔被引导至入口孔的孔壁处。因此，所述引流管除了能够对入口孔的孔壁进行清理之外，还在所述入口孔内构建出待过滤油液上升通道(位于引流管内部)和高含水油液的下降通道(位于引流管外部)这两个独立的流体通道，这可以有效防止待过滤油液持续上升阻塞水分向下流动，进而导致水分在过滤表面附近持续积累的问题。

优选的，所述引水片的外边缘设有槽状引水条，且所述槽状引水条具有亲水表面，该亲水表面有利于过滤表面处的水分快速聚集，并在所述引水片的转动过程中较好的聚集在所述引水条的槽状结构中，并从该槽状结构中向下流动；同时，所述引水片上还开设有若干透过孔，所述透过孔允许自引流孔流出的待过滤油液透过，从而减小所述引水片对含水量较低的油液的向下输送作用。

所述陶瓷膜滤芯的底部与所述分隔板间隔一设定距离，该设定距离的间隔允许在陶瓷膜滤芯与分隔板之间形成浑液腔，所述浑液腔用于承接引水片向下输送的含有较多水分和颗粒杂质的浑浊油液；所述壳体上设置有与浑液腔连通的排污管。

优选的，所述陶瓷膜滤芯具有与壳体的内腔相同的截面形状和尺寸，从而所述陶瓷膜滤芯的外壁与所述壳体的内壁以无缝的方式相互抵靠，进而阻断待过滤油液从两者之间的间隙窜流至净液腔的通道；或者，所述陶瓷膜滤芯的外壁与壳体的内壁之间设有能够阻断该间隙的密封件。

所述动力轮位于分配室内，其包括主轴，固定在主轴上的连接架，位于连接架上方，并通过连接件与所述连接架固定的若干驱动环，所述若干驱动环同心间隔设置，相邻驱动环之间形成安装环隙。

如前文所述，所有入口孔均布置在若干同心设置的置孔线上，相应的，所有引流管及位于其底部的驱动轮也位于该同心设置的置孔线上；所述置孔线和驱动环均为圆形，且位于同一置孔线上的驱动轮具有相同的直径和相同的安装高度；因此，某一特定的驱动环可以同时接触并驱动位于同一置孔线上的所有驱动轮；而通过对各驱动环的直径进行适当的配置，可以使得每一条置孔线上的驱动轮均匹配一个驱动环；而所有的驱动环均通过连接件和连接架与主轴连接，因此，可以仅通过向主轴提供轴向动力即可驱动所有引流管旋转。

另一方面，由于个驱动环的直径不同，因此，当其以相同的角速度旋转时，各驱动环向驱动轮提供的线速度不同，这会导致位于外侧置孔线上的引流管具有更大的转速，为解决该问题，可以外侧置孔线上的引流管的底部使用直径更大的驱动轮，而在位于内侧置孔线上的引流管的底部使用直径更小的驱动轮，以降低甚至消除该传动比差异，使得各引流管能够以相同或相近的速度旋转。

优选的，所述连接架上设有通孔。

本发明还提供一种基于上述脱水装置的脱水系统，包括前述脱水装置，还包括原液罐，其通过进料泵连通所述脱水装置的进液管，所述脱水装置的净液腔均通过管道连接压缩气源以执行对陶瓷膜滤芯的反向冲洗，还包括与所述排污管连通的污油分离仓，所述污油分离仓对高含水的涡轮机油进行油水固分离。

所述污油分离仓包括从仓体底部向上伸入至仓内的输入管，所述输入管的上端转动设有旋流叶片；所述污油分离仓的底部设有排水管，顶端设有排油管。来自排污管的高含水、含颗粒杂质的污油经输入管进入污油分离仓，并推动旋流叶片旋转，其产生的离心力将水及颗粒杂质甩至仓壁，从而实现与油相的分离；分离后的油液从顶部的排油管连接至进料泵的进口，再次进入脱水装置进行脱水循环；而水基颗粒杂质向仓体底部沉积，一定时间后，可打开分离仓底部的排水管将聚集的水和颗粒杂质排出。

相比于现有技术，本发明至少能够取得如下有益效果：本发明采用蜂窝式滤芯结构，含水油液在所有入口孔中过滤时所需穿过的壁厚相同，因此不存在错流式滤芯结构中不同位置膜污染程度差异过大的问题；将所有入口孔均沿置孔线设置，因而允许在各入口孔内配设可旋转的引流管，并由单个动力轮驱动所有引流管转动，从而清理入口孔的过滤表面，这可以有效解决因入口孔数量过多，难以在有限空间内设置密集的驱动装置以驱动所有入口孔内的清理部件的技术难题；有别与传统蜂窝式滤芯中，入口孔与出口孔采用相同截面的方案，本发明中提出可采用不规则的出口孔，且将其布置在入口孔之间，从而可以大幅降低相邻入口孔之间的间距，使得可以在相同的滤芯截面上布置更密集的入口孔，增加有效过滤面积；引流管及其上设置的引流片、引流孔可以在入口孔内构件独立的待过滤油液上升通道和水分下降通道，克服上升油液对水分下降过程的阻碍作用，因此，被截留的水分可以及时排出，而不会滞留在过滤表面附近阻碍待过滤油液与过滤表面的接触，进而可以大幅度提高过滤速率。

附图说明

图1为脱水装置的整体示意；

图2为图1中圆圈A处的局部放大示意；

图3为蜂窝式陶瓷膜滤芯的剖面示意；

图4为引流管示意；

图5为引流管顶部的放大示意；

图6为入口孔和出口孔均为圆形的示意；

图7为入口孔为圆形，出口孔为不规则形状的示意；

图8为位于同一置孔线上的驱动轮与驱动环配合的示意；

图9为动力轮剖面示意；

图10为动力轮的立体剖面示意；

图11为具有两套并联脱水装置的脱水系统示意；

图12为污油分离仓的示意。

图中：1为壳体，2为分配室，3为净液腔，4为进液管，5为出油管，6为陶瓷膜滤芯，7为封堵件，8为清孔装置，9为分隔板，10为安装室，11为排污管，12为动力轮，13为入口孔，14为出口孔，15为引流管，16为引流片，17为引流孔，18为上轴承，19为下轴承，20为驱动轮，21为引水条，22为置孔线，23为驱动环，24为主轴，25为安装环隙，26为连接件，27为连接架，28为通孔，29为原液罐，30为进料泵，31为污油分离仓，32为压缩气源，33为输入管，34为排油管，35为旋流叶片，36为排水管，37为透过孔。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供一种矿物涡轮机油陶瓷膜脱水装置，参见图1，所述陶瓷膜脱水装置包括壳体1，所述壳体1的内部设有陶瓷膜滤芯6和清孔装置8。

所述陶瓷膜滤芯6提供疏水的过滤表面，其允许涡轮机油透过其孔壁，同时阻止水分和颗粒杂质透过，进而将涡轮机油中掺杂的水分和颗粒杂质滤除；所述清孔装置8用于清理所述陶瓷膜滤芯6的过滤表面，防止被截留的水分在过滤表面处聚集进而导致有效过滤面积的大幅度缩减。

其中，所述陶瓷膜滤芯6为蜂窝式结构，其包括沿滤芯轴向并联布置的若干入口孔13和出口孔14，所述入口孔13和出口孔14间隔布置，且所述入口孔13的上端和所述出口孔14的下端均设有封堵件7，所述封堵件7用于阻断相应的管口，进而迫使入口孔13中的油液穿透陶瓷膜孔壁进入与之相邻的出口孔14以滤除水分和其他杂质。

所述陶瓷膜滤芯6的横断面被划分出若干个等间距且同心设置的置孔线22，所有的入口孔13均设置在置孔线22上，且任意两个入口孔13之间均设一个出口孔14，至少位于同一置孔线22上的相邻入口孔13具有相同的孔间距(指圆心距离)。

所述壳体1的内腔的底部设有一分隔板9，所述分隔板9将壳体1分隔为位于分隔板9下部的分配室2和位于分隔板9上部的安装室10；所述分配室2与进液管4连通；所述分隔板9上开设有若干安装孔，所述安装孔的数量与入口孔13的数量相同，且当所述分隔板9和所述陶瓷膜滤芯6被正确安装时，每一个所述入口孔13均对应一个与其同轴布置的安装孔；所述陶瓷膜滤芯6设置在安装室10内，所述安装室10位于陶瓷膜滤芯6以上的部分构成净液腔3，所述净液腔3与所述出口孔14的顶端开口连通，所述壳体1的顶部设置有出油管5，其与所述净液腔3连通以用于引出经过滤的涡轮机油。

所述清孔装置8包括若干可转动插设在入口孔13内的引流管15及用于驱动所有引流管15转动的动力轮12；所述引流管15的顶部设有用于与入口孔13的内壁和/或入口孔13顶部的封堵件7配合的上轴承18；所述引流管15下部设有用于与分隔板9上的安装孔配合的下轴承19；所述引流管15位于下轴承19下部管体上的还设有驱动轮20；所有引流管15的驱动轮20均与同一个动力轮12配合，并在该动力轮12的驱动下围绕其自身轴线旋转；所述引流管15的外壁上还设有螺旋状的引水片16，所述引水片16能够借助引流管15的旋转，将聚集在入口孔13孔壁处的水分和颗粒杂质向下输送。

优选的，如图6所示，至少所述入口孔13为具有圆形截面，以使得所述引水片16能够对所述入口孔13的整个孔壁形成有效清理。

优选的，如图6所示，所述出口孔14具有圆形截面，其布置在置孔线22上相邻两个入口孔13之间。

优选的，如图5所示，所述引流管15为中空管，且其管壁上开设有若干引流孔17；所述引流管15的底部开口伸入分配室2中。待过滤的油液从引流管15的底部开口向上流动，并经引流孔17被引导至入口孔13的孔壁处。

优选的，所述引水片16的外边缘设有槽状引水条21，且所述槽状引水条21具有亲水表面；所述引水片16上还开设有若干透过孔37，所述透过孔37允许自引流孔17流出的待过滤油液透过。

所述陶瓷膜滤芯6的底部与所述分隔板9间隔一设定距离，该设定距离的间隔允许在陶瓷膜滤芯6与分隔板9之间形成浑液腔，所述浑液腔用于承接引水片16向下输送的含有较多水分和颗粒杂质的浑浊油液；所述壳体1上设置有与浑液腔连通的排污管11。

优选的，所述陶瓷膜滤芯6具有与壳体1的内腔相同的截面形状和尺寸，从而所述陶瓷膜滤芯6的外壁与所述壳体1的内壁以无缝的方式相互抵靠；或者，所述陶瓷膜滤芯6的外壁与壳体1的内壁之间设有能够阻断该间隙的密封件。

所述动力轮12位于分配室2内，其包括主轴24，固定在主轴24上的连接架27，位于连接架27上方，并通过连接件26与所述连接架27固定的若干驱动环23，所述若干驱动环23同心间隔设置，相邻驱动环23之间形成安装环隙25。

如前文所述，所有入口孔13均布置在若干同心设置的置孔线22上，相应的，所有引流管15及位于其底部的驱动轮20也位于该同心设置的置孔线22上；所述置孔线22和驱动环23均为圆形，且位于同一置孔线22上的驱动轮20具有相同的直径和相同的安装高度；因此，某一特定的驱动环23可以同时接触并驱动位于同一置孔线22上的所有驱动轮20；而通过对各驱动环23的直径进行适当的配置，可以使得每一条置孔线22上的驱动轮20均匹配一个驱动环23；而所有的驱动环23均通过连接件26和连接架27与主轴24连接，因此，可以仅通过向主轴24提供轴向动力即可驱动所有引流管15旋转。

位于外侧置孔线22上的引流管15的底部使用直径更大的驱动轮20，而在位于内侧置孔线22上的引流管15的底部使用直径更小的驱动轮20，以使得各引流管15以相同或相近的速度旋转。

优选的，所述连接架27上设有通孔28。

实施例2

如图7所示，区别于实施例1的是，所述出口孔14具有不规则的截面，且其不沿置孔线22设置，所述出口孔14的不规则截面使得从油液各任一入口孔13渗透至与之相邻的出口孔14所需穿透的陶瓷膜壁厚相同。该不规则的出口孔14允许在所述陶瓷膜滤芯6上设置更加密集的入口孔13，从而进一步增大单位体积内的有效过滤面积。

实施例3

如图10-11所示，本实施例提供一种基于上述脱水装置的脱水系统，包括实施例1或2中所述的脱水装置，还包括原液罐29，其通过进料泵30连通所述脱水装置的进液管4，所述脱水装置的净液腔3均通过管道连接压缩气源32以执行对陶瓷膜滤芯6的反向冲洗，还包括与所述排污管11连通的污油分离仓31，所述污油分离仓31对高含水的涡轮机油进行油水固分离。

所述污油分离仓31包括从仓体底部向上伸入至仓内的输入管33，所述输入管33的上端转动设有旋流叶片35；所述污油分离仓31的底部设有排水管36，顶端设有排油管34。来自排污管11的高含水、含颗粒杂质的污油经输入管33进入污油分离仓31，并推动旋流叶片35旋转，其产生的离心力将水及颗粒杂质甩至仓壁，从而实现与油相的分离；分离后的油液从顶部的排油管34连接至进料泵30的进口，再次进入脱水装置进行脱水循环；而水基颗粒杂质向仓体底部沉积，一定时间后，可打开分离仓底部的排水管36将聚集的水和颗粒杂质排出。

以上仅是本发明较佳实施方式的举例，其不应当被理解为是对本发明所有可行实施方式的限定，本发明的保护范围有权利要求书限定。

Claims (8)

1.一种矿物涡轮机油陶瓷膜脱水装置，包括壳体(1)，其内部设有陶瓷膜滤芯(6)，所述陶瓷膜滤芯(6)提供疏水过滤表面，其特征在于：所述陶瓷膜滤芯(6)包括沿滤芯轴向并联布置的若干入口孔(13)和出口孔(14)，所述入口孔(13)和出口孔(14)间隔布置，且所述入口孔(13)的上端和出口孔(14)的下端均设有封堵件(7)；所述陶瓷膜滤芯(6)的横断面被划分出若干个等间距且同心设置的置孔线(22)，所有入口孔(13)均设在置孔线(22)上且具有圆形截面，且任意两个入口孔(13)之间均设一个出口孔(14)，壳体(1)内还设有清孔装置(8)，所述清孔装置(8)用于清理入口孔(13)的过滤表面；清孔装置(8)包括若干可转动插设在入口孔(13)内的引流管(15)及用于驱动所有引流管(15)转动的动力轮(12)；引流管(15)底端设有驱动轮(20)；所有引流管(15)的驱动轮(20)均与同一个动力轮(12)配合；引流管(15)的外壁上还设有螺旋状的引水片(16)；出口孔(14)具有不规则的截面，且其不沿置孔线(22)设置，所述不规则截面使得从油液各任一入口孔(13)至与之相邻的出口孔(14)所需穿透的陶瓷膜壁厚相同；

动力轮(12)包括主轴(24)，固定在主轴(24)上的连接架(27)，位于连接架(27)上方并通过连接件(26)与连接架(27)固定的若干驱动环(23)，所述驱动环(23)同心间隔设置，相邻驱动环(23)之间形成安装环隙(25)；位于同一置孔线(22)上的驱动轮(20)具有相同的直径和安装高度。

2.如权利要求1所述的一种矿物涡轮机油陶瓷膜脱水装置，其特征在于：壳体(1)内腔被分隔板(9)分隔为下部的分配室(2)和上部的安装室(10)；分配室(2)与进液管(4)连通；分隔板(9)上开设数量和位置于入口孔(13)对应的安装孔；陶瓷膜滤芯(6)设在安装室(10)，出口孔(14)与净液腔(3)连通，净液腔(3)连接有出油管(5)。

3.如权利要求2所述的一种矿物涡轮机油陶瓷膜脱水装置，其特征在于：引流管(15)为底部开口伸入分配室(2)的中空管，其管壁上开设有若干引流孔(17)。

4.如权利要求3所述的一种矿物涡轮机油陶瓷膜脱水装置，其特征在于：引水片(16)的外边缘设有槽状引水条(21)，所述槽状引水条(21)具有亲水表面；引水片(16)上还设有若干透过孔(37)。

5.如权利要求4所述的一种矿物涡轮机油陶瓷膜脱水装置，其特征在于：陶瓷膜滤芯(6)的底部与分隔板(9)之间形成浑液腔，壳体(1)上设有与浑液腔连通的排污管(11)。

6.如权利要求5所述的一种矿物涡轮机油陶瓷膜脱水装置，其特征在于：动力轮(12)位于分配室(2)内。

7.如权利要求6所述的一种矿物涡轮机油陶瓷膜脱水装置，其特征在于：位于外侧置孔线(22)上的引流管(15)的底部使用直径更大的驱动轮(20)，位于内侧置孔线(22)上的引流管(15)的底部使用直径更小的驱动轮(20)，以使得各引流管(15)以相同的速度旋转。

8.一种矿物涡轮机油脱水系统，其包括如权利要求1-7中任一项所述的脱水装置，其特征在于：还包括原液罐(29)，其通过进料泵(30)连通脱水装置的进液管(4)，脱水装置的净液腔(3)均通过管道连接压缩气源(32)；还包括与排污管(11)连通的污油分离仓(31)，所述污油分离仓(31)对高含水的涡轮机油进行油水固分离，分离后的油相返回至进料泵(30)的入口。

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