石油鉆井用臥螺離心機(jī)傳動(dòng)裝置的優(yōu)化改造
技術(shù)支持
1 臥螺離心機(jī)現(xiàn)狀及應(yīng)用概況
目前石油鉆井使用的臥螺離心機(jī)傳動(dòng)裝置多為行星傳動(dòng)差速器，其速度無(wú)法任意調(diào)節(jié)，當(dāng)分離物料含固率變化范圍大時(shí)就限制了離心機(jī)的使用。如果離心機(jī)的轉(zhuǎn)速和速差可以任意調(diào)節(jié)，那么離心機(jī)的性能將有很大地提高，使用范圍也將擴(kuò)大。
2 優(yōu)化改造方案
2.1 改進(jìn)前臥式螺旋離心機(jī)工作原理
在機(jī)殼內(nèi)有2個(gè)同心裝在主軸承上的回轉(zhuǎn)部件，外面是無(wú)孔轉(zhuǎn)鼓，里面是具有螺旋葉片的輸送器。主電動(dòng)機(jī)通過(guò)三角皮帶輪帶動(dòng)轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)鼓通過(guò)左軸承處的空心軸與行星差速器的外殼相連接，行星差速器的輸出軸帶動(dòng)螺旋輸送器與轉(zhuǎn)鼓做同向轉(zhuǎn)動(dòng)，但轉(zhuǎn)速不同，其轉(zhuǎn)差率一般為轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速的0.2%～3%。泥漿從右端的中心加料管連續(xù)送入機(jī)內(nèi)，經(jīng)過(guò)螺旋輸送器的內(nèi)筒加料隔倉(cāng)的進(jìn)料孔進(jìn)到轉(zhuǎn)鼓內(nèi)。在離心力的作用下，轉(zhuǎn)鼓內(nèi)形成了一個(gè)環(huán)形液池，重相固體粒子離心沉降到轉(zhuǎn)鼓內(nèi)表面上而形成沉渣，由于螺旋葉片與轉(zhuǎn)鼓的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，沉渣被螺旋葉片推送到轉(zhuǎn)鼓小端的干燥區(qū)，從排渣口甩出。在轉(zhuǎn)鼓大端蓋上開設(shè)有若干溢流口，澄清液便從此處流出，經(jīng)機(jī)殼的排液室排出。
2.2 優(yōu)化改造方案的提出
（1）變頻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)：
①近幾年來(lái)，變頻器作為一種工業(yè)控制設(shè)備在不斷更新發(fā)展，變頻器的性能不斷完善，功能不斷增強(qiáng)，這使得變頻器能夠適應(yīng)多種應(yīng)用場(chǎng)合，優(yōu)于以往的任何調(diào)速方式。
②隨著變頻器應(yīng)用的廣泛，生產(chǎn)規(guī)?；?，使得中小功率變頻器成本下降，性能價(jià)格比的優(yōu)越，使得其它的調(diào)速技術(shù)很難同其競(jìng)爭(zhēng)。
③離心機(jī)采用變頻調(diào)速技術(shù)，可根據(jù)不同的工藝要求進(jìn)行調(diào)速，根據(jù)泥漿密度的不同可方便的采用多段速運(yùn)行。
（2）差速器結(jié)構(gòu)復(fù)雜：離心機(jī)本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)鼓與螺旋輸送器之間轉(zhuǎn)速差的差速器更是離心機(jī)中較復(fù)雜而又極為重要的部件，其性能和質(zhì)量往往決定著整個(gè)機(jī)器的工作能力和可靠性。并且采用差速器傳動(dòng)轉(zhuǎn)速差不能夠任意調(diào)節(jié)，在很大程度上制約了分離效果。
基于以上幾點(diǎn)提出了采用變頻器控制、雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)，希望通過(guò)對(duì)傳動(dòng)裝置的改進(jìn)使臥螺離心機(jī)的分離效果提高，達(dá)到實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速的目的。
2.3 方案內(nèi)容
本方案主要是改進(jìn)臥螺離心機(jī)的傳動(dòng)裝置，去掉臥螺離心機(jī)原有的復(fù)雜的部件差速器，用2個(gè)變頻電機(jī)分別帶動(dòng)轉(zhuǎn)鼓與螺旋輸送器旋轉(zhuǎn)。變頻電機(jī)通過(guò)同步帶傳遞轉(zhuǎn)鼓與螺旋輸送器運(yùn)轉(zhuǎn)分離泥漿所需要的動(dòng)力。采用具有變頻器控制2個(gè)變頻電機(jī)，通過(guò)對(duì)變頻電機(jī)的控制來(lái)調(diào)節(jié)螺旋輸送器與轉(zhuǎn)鼓之間的轉(zhuǎn)速差，轉(zhuǎn)速差可以任意調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，從而高效可靠地完成離心分離過(guò)程。臥螺離心機(jī)改進(jìn)后簡(jiǎn)化了整個(gè)機(jī)體結(jié)構(gòu)，自動(dòng)控制臥螺離心機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，顯著提高了臥螺離心機(jī)的工作能力、可靠性，具有更好的分離效果。
2.4 離心機(jī)改進(jìn)后工作原理
在機(jī)殼內(nèi)有2個(gè)同心裝在主軸承上的回轉(zhuǎn)部件，外面是無(wú)孔轉(zhuǎn)鼓，里面是具有螺旋葉片的輸送器。2個(gè)電動(dòng)機(jī)分別通過(guò)皮帶輪帶動(dòng)轉(zhuǎn)鼓和螺旋輸送器旋轉(zhuǎn)。但轉(zhuǎn)速不同，其轉(zhuǎn)速差一般為轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速的0.2%～3%。鉆井液從右端的中心加料管連續(xù)送入機(jī)內(nèi)，經(jīng)過(guò)螺旋輸送器內(nèi)筒加料隔倉(cāng)的進(jìn)料孔進(jìn)到轉(zhuǎn)鼓內(nèi)。在比重大幾百甚至上千倍的離心力的作用下，轉(zhuǎn)鼓內(nèi)形成了一環(huán)形液池，重相固體粒子離心沉降到轉(zhuǎn)鼓內(nèi)表面上而形成沉渣，由于螺旋葉片與轉(zhuǎn)鼓的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，沉渣被螺旋葉片推送到轉(zhuǎn)鼓小端的干燥區(qū)，從排渣口甩出。速差不能夠任意調(diào)節(jié)，在很大程度上制約了分離效果。
基于以上幾點(diǎn)提出了采用變頻器控制、雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)，希望通過(guò)對(duì)傳動(dòng)裝置的改進(jìn)使臥螺離心機(jī)的分離效果提高，達(dá)到實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速的目的。在轉(zhuǎn)鼓大端蓋上開設(shè)有若干溢流口，澄清液便從此處流出，經(jīng)機(jī)殼的排液室排出。調(diào)節(jié)溢流擋板溢流口位置、機(jī)器轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)鼓與螺旋輸送器的轉(zhuǎn)速差、進(jìn)料速度，就可以改變沉渣的含濕量和澄清液的含固量。此外，當(dāng)過(guò)載或螺旋輸送器意外卡住時(shí)，變頻器能夠自動(dòng)斷開電動(dòng)機(jī)電源，停止進(jìn)料，防止事故發(fā)生。
3 臥螺離心機(jī)改進(jìn)前后比較
（1）改進(jìn)前，主電動(dòng)機(jī)通過(guò)皮帶帶動(dòng)轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)鼓通過(guò)左軸承處的空心軸與行星差速器的外殼相聯(lián)接，行星差速器的輸出軸帶動(dòng)螺旋輸送器與轉(zhuǎn)鼓作同向轉(zhuǎn)動(dòng)。改進(jìn)后，電動(dòng)機(jī)通過(guò)同步帶帶動(dòng)轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)通過(guò)同步帶帶動(dòng)大端軸旋轉(zhuǎn)，大端軸與螺旋輸送器相連，在大端軸的帶動(dòng)下螺旋輸送器旋轉(zhuǎn)。
（2）改進(jìn)前，轉(zhuǎn)鼓與螺旋輸送器的轉(zhuǎn)差需要差速器調(diào)節(jié)，其調(diào)節(jié)性能受到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、強(qiáng)度計(jì)算、制造精度限制，轉(zhuǎn)鼓與螺旋輸送器之間的轉(zhuǎn)速差不能任意調(diào)節(jié)。改進(jìn)后，2個(gè)電動(dòng)機(jī)分別帶動(dòng)轉(zhuǎn)鼓與螺旋輸送器旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)鼓與螺旋輸送器之間的轉(zhuǎn)差由變頻器控制，轉(zhuǎn)速差可以任意調(diào)節(jié)，能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。
（3）改進(jìn)前，差速器傳動(dòng)裝置是臥螺離心機(jī)較復(fù)雜的部件，其性能和質(zhì)量往往決定著整個(gè)機(jī)器的工作能力和可靠性。離心機(jī)零件多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。改進(jìn)后，去掉了復(fù)雜的差速器，使機(jī)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，省去了易損易磨件，很少發(fā)生機(jī)械和電氣故障，節(jié)約工時(shí)，檢修方便，工作能力和可靠性提高。
（4）離心機(jī)改裝變頻器后，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流減小，對(duì)電網(wǎng)沒(méi)有沖擊。在變頻器的控制下確保離心機(jī)達(dá)到設(shè)定的轉(zhuǎn)速，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，提高了泥漿分離效果。
