高頻雙激振直線型振動(dòng)篩研究

黃志洋 ，王 婷 ，管玉君 ，蔣月霞 ，戴 敏 ，李小銀

（1.江蘇博一環(huán)?？萍加邢薰荆K 揚(yáng)州 225000；2.揚(yáng)州億邁科尼機(jī)電科技有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225000；3.揚(yáng)州大學(xué)，江蘇 揚(yáng)州 225000）

0 引 言

鉆孔液體振動(dòng)篩是鉆井泥漿固相控制系統(tǒng)中的第一個(gè)級(jí)別固體控制設(shè)備，該設(shè)備與鉆孔液體中74 μm 以上的泥漿固相顆粒分開。海上鉆井散落，許多鉆探場所處于環(huán)境敏感和生態(tài)脆弱的區(qū)域，容易破壞周圍環(huán)境。每年我國石油鉆采廢棄泥漿排放約為200 萬m3，其中1/2 直接排放到周圍環(huán)境中。重金屬及其化合物在水環(huán)境中積聚或長期存在于生物中，從而對人類生命造成潛在的傷害。本文通過集成整合技術(shù)，使用高頻雙激振直線型振動(dòng)篩，為解決海洋石油鉆采廢棄物循環(huán)處理難題提供指導(dǎo)意義。

1 雙電機(jī)自同步反轉(zhuǎn)直線型振動(dòng)方式研究

直線振動(dòng)篩采用雙振動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，兩臺(tái)同步電機(jī)反向放置，使激振器產(chǎn)生反向激振力，偏心塊產(chǎn)生的激振力在電機(jī)軸線平行方向相互抵消，在垂直于電機(jī)軸的方向疊為一合力，所以它的軌跡是線性的，其能耗和噪聲低，篩分精度高，結(jié)構(gòu)簡單穩(wěn)定，物料在篩面上移動(dòng)距離更長，篩分效率高。

直線振動(dòng)篩振動(dòng)工作原理如圖1 所示，顆粒在柔性篩面可變線性振動(dòng)篩和固定篩面可變線性振動(dòng)篩上的彈丸高度從進(jìn)料側(cè)到出料側(cè)減小。但顆粒在直線振動(dòng)篩上的彈丸高度變化不大，很難在該篩面上實(shí)現(xiàn)物料的恒厚篩分。另外，由于柔性篩可以增加振幅，所以彈丸在柔性篩面上進(jìn)行篩分的次數(shù)比在變直線振動(dòng)篩面上少，篩分率也有所提高。由于彈性體的作用，桿之間有可變的空間，可以減少篩面的阻塞?？傊?，可變直線振動(dòng)篩的功率分布優(yōu)于一般振動(dòng)篩，其彈丸強(qiáng)度變化規(guī)律滿足篩面的理想要求；具有柔性篩面的可變直線振動(dòng)篩可增加振幅，防止物料在出料側(cè)振動(dòng)過低和篩間堵塞現(xiàn)象；在激振力位置和方向相同的條件下，柔性篩面可變直線振動(dòng)篩比可變直線振動(dòng)篩和一般直線振動(dòng)篩具有更好的篩分性能。

圖1 直線型振動(dòng)篩工作原理

2 減震式彈簧減震器研究

減震阻尼器是一個(gè)帶有桿和活塞的充油管，用于衰減任何振蕩運(yùn)動(dòng)。這兩個(gè)組件在物理上都被限制在一個(gè)設(shè)置中，代替彈簧的是一個(gè)充滿空氣的波紋管（通常由橡膠制成）。在負(fù)載下，波紋管被壓縮，導(dǎo)致體積減少和壓力增加，如果泵入更多的空氣，波紋管將恢復(fù)到其正常體積，或者正常高度。作為空氣彈簧減震器，增加的壓力意味著增加的剛度，這是增加重量所必需的。用氣墊代替鋼螺旋彈簧引入了有用的可調(diào)節(jié)程度。底座多為深氣囊避震器、彈簧減震器、空氣彈簧避震器，大型空壓機(jī)使用變壓器減震器，冰箱使用彈簧減震器，以降低設(shè)備維護(hù)成本，提高工作效率，大多數(shù)機(jī)械設(shè)備都可以使用。

為防止篩箱上的激振力傳遞到振動(dòng)篩的非振動(dòng)部分而影響整機(jī)使用壽命，在篩箱和底座之間設(shè)計(jì)8 個(gè)懸掛式浮動(dòng)減震器支撐篩箱。減震器材料以天然橡膠為主，并鑲嵌金屬件以提高其剛度。采用理論計(jì)算、軟件仿真和試驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)減震器與篩箱參振質(zhì)量、質(zhì)心位置和雙電機(jī)激振頻率、激振力的協(xié)調(diào)統(tǒng)一；既能有效地隔離振動(dòng)防止振動(dòng)篩篩箱的橫向擺動(dòng)和不規(guī)則晃動(dòng)，又不過多衰減用于鉆井液固相分離所需的激振力和激振頻率，最終達(dá)到提高鉆井液砂粒分離速率、增大鉆井液處理量、延長使用壽命的目的。

3 高篩分效率與篩孔大小關(guān)系研究

在篩分各種尺寸的顆粒時(shí)，區(qū)分小于篩孔的顆粒、所謂的小尺寸顆粒和留在篩子表面上方的顆粒（即沒有穿過篩孔，也可能含有小尺寸顆粒），這些顆粒稱為溢流顆粒。篩分效率意味著相對于理想篩分而言篩分成功，這將導(dǎo)致顆粒尺寸等級(jí)的完全分離，而溢流產(chǎn)品中不存在尺寸過小的顆粒，以及尺寸過小產(chǎn)品中大于篩孔的顆粒。篩分效應(yīng)表示尺寸過小的產(chǎn)品中尺寸過小顆粒的質(zhì)量與輸入原料中尺寸過大顆粒的總量之比。換言之，篩分效率的計(jì)算方法為收集在料倉中的小顆粒質(zhì)量與比篩孔更細(xì)的進(jìn)料質(zhì)量之比。實(shí)踐表明，尺寸小于篩孔四分之三的材料顆粒很容易通過篩網(wǎng)，因此，對篩分效率影響最大的是尺寸接近篩孔尺寸的顆粒。

從圖2 可以看出，篩分效率最初隨著孔徑的增大而增大，然后開始下降。當(dāng)孔徑尺寸較小時(shí)，考慮到孔徑尺寸接近顆粒尺寸，篩分效率較低，因此顆粒通過孔徑的概率較小，大部分尺寸較小的顆粒仍留在溢流材料中?？讖皆酱?，篩分效率也越高，因?yàn)樾☆w粒通過網(wǎng)孔的概率越大。

圖2 孔徑大小對篩分效率的影響

4 高篩分效率的篩面傾角與不同鉆井液固液成份之間的匹配關(guān)系研究

篩分效率與篩網(wǎng)傾角的關(guān)系如圖5 所示。采用的參數(shù)如下：振動(dòng)振幅Y=4 mm，篩網(wǎng)長度為2 m，孔徑尺寸a=1.5 mm。

從圖3 可以看出，篩分效率隨著篩網(wǎng)傾角的增加而增加，直到達(dá)到略大于25°的最大值，然后篩分效率降低。當(dāng)傾斜角增大時(shí)，屏幕孔徑的水平投影減小，粒子沿垂直方向穿過網(wǎng)孔的概率也減小，因此，大于穿過網(wǎng)孔的分離尺寸的粒子數(shù)量減少。同時(shí)，如果顆粒在篩網(wǎng)上移動(dòng)的速度加快，則較小顆粒的通過效果更好。因此，隨著傾角的進(jìn)一步增大，由于孔徑的水平投影突然減小，篩網(wǎng)效率降低，顆粒運(yùn)動(dòng)速度加快，顆粒停留在篩網(wǎng)表面的時(shí)間縮短。

圖3 篩網(wǎng)傾角對篩分效率的影響

本文采用篩網(wǎng)表面仿形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高了篩網(wǎng)防篩糊、耐磨、耐腐蝕、抗沖擊性能。篩網(wǎng)設(shè)計(jì)成多目超細(xì)、高強(qiáng)度、大處理面積的分層張緊疊層形式，提高篩分粒度細(xì)、使用壽命長、單位面積處理量大的綜合性能；研究篩網(wǎng)張緊方式和張緊程度對篩網(wǎng)使用壽命和篩網(wǎng)處理量、篩分效率之間的關(guān)系，設(shè)計(jì)振動(dòng)篩篩網(wǎng)可調(diào)預(yù)緊力繃緊式張緊機(jī)構(gòu)簡圖如圖4 所示。

圖4 振動(dòng)篩篩網(wǎng)繃緊式張緊機(jī)構(gòu)簡圖

5 結(jié) 語

本文研究了雙電機(jī)自同步反轉(zhuǎn)直線型振動(dòng)方式，研究振動(dòng)頻率對鉆井液流量的影響規(guī)律，研制雙激振直線型振動(dòng)篩，實(shí)現(xiàn)單位小時(shí)內(nèi)處理鉆井液流量達(dá)到140 m3以上；研究高篩分效率的篩面傾角與不同鉆井液固液成分之間的良好匹配關(guān)系，使篩面傾角調(diào)節(jié)范圍為-5°～5°，從而設(shè)計(jì)滿足不同工況下能進(jìn)行調(diào)節(jié)的振動(dòng)篩篩面傾角無級(jí)調(diào)節(jié)裝置，可擴(kuò)大鉆井液篩分范圍和提高鉆井液篩分效率。