石油鉆井用臥螺離心機傳動裝置的優(yōu)化改造
技術(shù)支持
1 臥螺離心機現(xiàn)狀及應(yīng)用概況
目前石油鉆井使用的臥螺離心機傳動裝置多為行星傳動差速器，其速度無法任意調(diào)節(jié)，當分離物料含固率變化范圍大時就限制了離心機的使用。如果離心機的轉(zhuǎn)速和速差可以任意調(diào)節(jié)，那么離心機的性能將有很大地提高，使用范圍也將擴大。
2 優(yōu)化改造方案
2.1 改進前臥式螺旋離心機工作原理
在機殼內(nèi)有2個同心裝在主軸承上的回轉(zhuǎn)部件，外面是無孔轉(zhuǎn)鼓，里面是具有螺旋葉片的輸送器。主電動機通過三角皮帶輪帶動轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)鼓通過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螺旋輸送器與轉(zhuǎn)鼓做同向轉(zhuǎn)動，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)送入機內(nèi)，經(jīng)過螺旋輸送器的內(nèi)筒加料隔倉的進料孔進到轉(zhuǎn)鼓內(nèi)。在離心力的作用下，轉(zhuǎn)鼓內(nèi)形成了一個環(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)鼓的相對運動，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：
①近幾年來，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，這使得變頻器能夠適應(yīng)多種應(yīng)用場合，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)模化，使得中小功率變頻器成本下降，性能價格比的優(yōu)越，使得其它的調(diào)速技術(shù)很難同其競爭。
③離心機采用變頻調(diào)速技術(shù)，可根據(jù)不同的工藝要求進行調(diào)速，根據(jù)泥漿密度的不同可方便的采用多段速運行。
（2）差速器結(jié)構(gòu)復(fù)雜：離心機本身結(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)量往往決定著整個機器的工作能力和可靠性。并且采用差速器傳動轉(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。
基于以上幾點提出了采用變頻器控制、雙電機驅(qū)動的設(shè)計，希望通過對傳動裝置的改進使臥螺離心機的分離效果提高，達到實現(xiàn)無級調(diào)速的目的。
2.3 方案內(nèi)容
本方案主要是改進臥螺離心機的傳動裝置，去掉臥螺離心機原有的復(fù)雜的部件差速器，用2個變頻電機分別帶動轉(zhuǎn)鼓與螺旋輸送器旋轉(zhuǎn)。變頻電機通過同步帶傳遞轉(zhuǎn)鼓與螺旋輸送器運轉(zhuǎn)分離泥漿所需要的動力。采用具有變頻器控制2個變頻電機，通過對變頻電機的控制來調(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)，實現(xiàn)無級調(diào)速，從而高效可靠地完成離心分離過程。臥螺離心機改進后簡化了整個機體結(jié)構(gòu)，自動控制臥螺離心機的運轉(zhuǎn)速度，顯著提高了臥螺離心機的工作能力、可靠性，具有更好的分離效果。
2.4 離心機改進后工作原理
在機殼內(nèi)有2個同心裝在主軸承上的回轉(zhuǎn)部件，外面是無孔轉(zhuǎn)鼓，里面是具有螺旋葉片的輸送器。2個電動機分別通過皮帶輪帶動轉(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)送入機內(nèi)，經(jīng)過螺旋輸送器內(nèi)筒加料隔倉的進料孔進到轉(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)鼓的相對運動，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。
基于以上幾點提出了采用變頻器控制、雙電機驅(qū)動的設(shè)計，希望通過對傳動裝置的改進使臥螺離心機的分離效果提高，達到實現(xiàn)無級調(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)機殼的排液室排出。調(diào)節(jié)溢流擋板溢流口位置、機器轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)鼓與螺旋輸送器的轉(zhuǎn)速差、進料速度，就可以改變沉渣的含濕量和澄清液的含固量。此外，當過載或螺旋輸送器意外卡住時，變頻器能夠自動斷開電動機電源，停止進料，防止事故發(fā)生。
3 臥螺離心機改進前后比較
（1）改進前，主電動機通過皮帶帶動轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)鼓通過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螺旋輸送器與轉(zhuǎn)鼓作同向轉(zhuǎn)動。改進后，電動機通過同步帶帶動轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)，電動機通過同步帶帶動大端軸旋轉(zhuǎn)，大端軸與螺旋輸送器相連，在大端軸的帶動下螺旋輸送器旋轉(zhuǎn)。
（2）改進前，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、強度計算、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)。改進后，2個電動機分別帶動轉(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)無級調(diào)速。
（3）改進前，差速器傳動裝置是臥螺離心機較復(fù)雜的部件，其性能和質(zhì)量往往決定著整個機器的工作能力和可靠性。離心機零件多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。改進后，去掉了復(fù)雜的差速器，使機器結(jié)構(gòu)簡單，省去了易損易磨件，很少發(fā)生機械和電氣故障，節(jié)約工時，檢修方便，工作能力和可靠性提高。
（4）離心機改裝變頻器后，電動機啟動電流減小，對電網(wǎng)沒有沖擊。在變頻器的控制下確保離心機達到設(shè)定的轉(zhuǎn)速，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，提高了泥漿分離效果。
