1 前言

隨著鉆井技術(shù)的發(fā)展，對(duì)泥漿固控設(shè)備提出了越來越高的要求，而臥式螺旋沉降離心機(jī)以其分離粒度細(xì)、沉渣干燥、自動(dòng)連續(xù)操作并能長期運(yùn)轉(zhuǎn)以及維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于鉆井液固相控制系統(tǒng)。它對(duì)提高鉆速、延長鉆頭的使用壽命、減小水力機(jī)械磨損、降低鉆井成本，起到了明顯的效果。但從現(xiàn)場使用的情況看，無論在什么情況下，離心機(jī)的工作參數(shù)和供液量基本不變，為此，如何根據(jù)不同地層、不同鉆井階段、不同鉆井液的凈化需要，來調(diào)整離心機(jī)的工作參數(shù)和供液量，提高其固相清除率，是目前離心機(jī)使用中急待解決的問題。

2 臥螺離心機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理

臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)的主要構(gòu)件有轉(zhuǎn)鼓、螺旋推進(jìn)器、差速器、過載保護(hù)裝置、卸載裝置。

工作原理：機(jī)殼內(nèi)有兩個(gè)同心裝在主軸承上的回轉(zhuǎn)部件，外面是無孔轉(zhuǎn)鼓，里面是螺旋葉片輸送器。主電動(dòng)機(jī)通過三角皮帶輪帶動(dòng)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(dòng)螺旋輸送器與轉(zhuǎn)鼓作同向轉(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)過螺旋輸送器的內(nèi)筒加料隔倉的進(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。

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)差、進(jìn)料速度，就可以改變離心機(jī)的固相清除率和沉渣的含濕量。

3 應(yīng)用分析

LW-450臥式螺旋沉降離心機(jī)的主要參數(shù)如下：

當(dāng)離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速分別為1400、1600和1800r/min時(shí)，鉆井液性能參數(shù)不變的情況下，計(jì)算出離心機(jī)的分離效率、分離粒度與處理量之間的關(guān)系。從計(jì)算結(jié)果可以看出：當(dāng)鉆井液的性能參數(shù)不變時(shí)，隨著離心機(jī)供液量的增加，分離粒度增大，固相清除率降低，同一流量下，隨著轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速的提高，分離粒度減小，固相清除率提高。

為保證離心機(jī)的處理效果，應(yīng)根據(jù)鉆井液的性能，調(diào)節(jié)離心機(jī)的供液量和轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速。

4 結(jié)論

（1）在進(jìn)行離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓應(yīng)力分析時(shí)，傳統(tǒng)離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度計(jì)算方法往往要對(duì)轉(zhuǎn)鼓筒體、攔液板、轉(zhuǎn)鼓底及邊緣區(qū)等作較大的簡化，不僅計(jì)算比較煩瑣，而且計(jì)算值與實(shí)際值可能出現(xiàn)較大偏差。而同傳統(tǒng)法相比，采用有限單元法，只須作較小的簡化就可進(jìn)行計(jì)算，而且計(jì)算值與實(shí)際值更為接近。

（2）在轉(zhuǎn)鼓壁應(yīng)力計(jì)算中，分別采用有限法和傳統(tǒng)方法進(jìn)行計(jì)算。比較結(jié)果發(fā)現(xiàn)，二者的計(jì)算結(jié)果基本保持一致，從而說明運(yùn)用ANSYS軟件進(jìn)行離心機(jī)的應(yīng)力分析的準(zhǔn)確性和可行性。此外從轉(zhuǎn)鼓的變形和應(yīng)力分布可知，離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓滿足設(shè)計(jì)要求。但在攔液板和轉(zhuǎn)鼓底邊緣設(shè)計(jì)過于保守，可在保證其剛度和強(qiáng)度的前提條件下，減少其邊緣連接處的厚度，提高其經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)使機(jī)器的受力情況更合理。

（3）轉(zhuǎn)鼓底的應(yīng)力水平較低，但在轉(zhuǎn)鼓與轉(zhuǎn)鼓底的連接處開有凹槽，容易產(chǎn)生較大的局部應(yīng)力。因此，在離心機(jī)設(shè)計(jì)中，盡量避免在連接處開凹槽或者小的倒角，以防止產(chǎn)生較大的集中應(yīng)力。由于局部應(yīng)力具有局限性和自限性的特點(diǎn)，其許用值可根據(jù)安定性原理加以選定。