CN101507887B - 蠕动筛型分离机及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种蠕动筛型分离机及其实现方法，属于固液分离设备领域，以及固液气分离设备领域。该分离机采用多个蠕动单元所组成的蠕动筛网，以及传动用的螺旋轴，来共同构成具有可活动间隙的筛网结构，其中的蠕动单元由固定片和蠕动片构成，固定片与蠕动片之间的可活动间隙为筛网通道，多个蠕动单元的相邻叠加构成蠕动筛网主体，其中的螺旋轴，通过螺旋轴叶片带动蠕动片围绕螺旋轴中心做偏心运动，使蠕动单元中的蠕动片与固定片之间发生相对位移。利用本发明可一次性过滤料浆中的固态成分，而且能耗低、设备损耗小、无振动、无噪音、运行安全可靠。

Description

蠕动筛型分离机及其实现方法

技术领域

本发明属于固液分离设备领域，以及固液气分离设备领域。

背景技术

固液分离技术，或固液气分离技术，在工农业中应用非常普遍。但目前的固液分离技术，通常都设备繁杂，噪音大、耗能多、效率低。

比如，在石油勘探、开采行业中，总会产生具有大量固液混合状态的钻井液。如何从钻井液除砂等杂质，是钻井液的净化处理工艺的重要组成部分。

但当前用以钻井液含油、含砂、含气或钻井液性能变化较大情况下的精密固液气分离设备，是用五步固控法实现的，存在着效率低、耗能大、寿命短等缺陷。

具体说来，情况如下：对于石油开采行业来说，钻井液中固体含量和粒径分布及含气量，对于钻井速度、井身质量等影响显著，也影响采油量，因而必须通过钻井液净化系统严格控制钻井液中的含气量、含固量和粒径分布。目前油田普遍使用的钻井液净化系统为传统的五步固控法：即钻井液通过振动筛过滤→除气器→旋流除砂机→清洁机→离心机后进入到钻井液储罐，其中振动筛是通过激振器带动筛架振动来实现过滤颗粒的，它存在筛网易堵、过滤孔径大、激振力的调节范围有限等缺点，此外振动还易造成固相颗粒的细化，损害钻井液的质量。近年来，国内外对于钻井液净化系统的研究专注于如何在振动筛上使用特细筛网，期望能在振动筛上使用200目(孔径75μm)甚至325目(孔径45μm)的筛网，从而期望省去振动筛之后、离心机之前的除砂机、除泥机、清洁机等设备，简化固控系统。但由于使用特细筛网就必然加大分离因数，而高频交变的激振力作用很容易造成筛网报废，因而上述技术研发进入瓶颈阶段，设备多、能耗大的五步固控法钻井液净化系统始终无法得到有效改善。从全新思路考虑过滤机理是研制新的精密型钻井液过滤装置的关键。

另外，常用的固液分离领域还包括有很多，比如在水污染处理方面，会遇到大量被污染的淤泥、污泥等，这些固液混合物，利用现有的板框机或离心机进行分离时，存在操作工作量大、占地多、维修维护困难、噪音大以及冲洗水二次污染等缺点。

如何制造适用性强、节能、环保、高效的固液分离设备，是全世界共同面临的一个重大课题。

发明内容

本发明的目的是提供一种蠕动筛型分离机及其实现方法，能够对固液以及固液气等混合物形式进行高效分离作用。

一种蠕动筛型分离机，它是这样实现的，该分离机包括：

采用多个蠕动单元所组成的蠕动筛网，以及与传动用的螺旋轴，来共同构成具有可活动间隙的筛网结构，其中的蠕动单元由固定片和蠕动片构成，固定片与蠕动片之间的可活动间隙为筛网通道，多个蠕动单元的相邻叠加构成蠕动筛网主体，其中的螺旋轴，通过螺旋轴叶片带动蠕动片围绕螺旋轴中心做偏心运动，使蠕动单元中的蠕动片与固定片之间发生相对位移；

其中，在蠕动筛网之外配套设置有蠕动筛罐体，在蠕动筛罐体下侧设置有排液管；所述的蠕动筛罐体为真空罐，该真空罐通过真空泵实现抽吸作用，使用中料浆通过蠕动筛网的间隙，呈薄层喷射状喷向真空罐器壁，料浆中的气泡被真空泵抽出。

进一步，作为典型举例而非限定，本发明还包括有如下技术特征：

取固定片和蠕动片内径分别为D1和D2，传动用的螺旋轴的叶片外径为D3，那么它们之间的关系应当是D1＞D3＞D2。

所述的螺旋轴所配套的电机为减速电机。

所述的螺旋轴，采用的是沿轴向螺距逐渐缩小、螺旋中心轴轴径逐渐增加，但螺旋轴的螺旋轴叶片外径保持不变的结构，用以在工作时能在滤腔内形成双重收缩作用。

对应着所述的螺旋轴，设置有用以排出料渣并设置有阻力板的出料口，可对包括料渣在内的料浆实现挤压作用，在过滤腔内形成较高静压区并沿螺旋轴向两端扩散，增加液相出流速度，同时提高挤出固相的含固率。

一种蠕动筛型分离机的实现方法，该设备主体的内部包括有同时兼具传动、输送和挤压功能的螺旋轴、具有自清洁功能的蠕动筛网，在外部设置有真空罐，其特征在于该方法包括有如下步骤：

步骤1，螺旋轴在减速电机带动下低速转动，带动蠕动筛网内的蠕动片形成蠕动；

步骤2，真空罐在真空泵作用下形成负压，料浆被负压抽吸进入过滤腔，滤液通过蠕动筛固定片与蠕动片之间的缝隙快速向外排出，呈薄层喷射状甩向罐壁，料浆中气相成分在碰撞、真空作用下逸出，通过真空泵抽出；

步骤3，料浆中大于筛网通道的固相颗粒由螺旋轴向出料口推移，通过在过滤腔内的双重收缩，固相颗粒间内压不断增强，进一步挤出间隙液体后的料渣由出料口排出；

步骤4，经除气、除砂后的料浆则由于自重进入排液管。

进一步，所述的方法中还包括如下技术特征：

所述的螺旋轴在减速电机带动下低速转动，速率为50RPM以下。

取固定片和蠕动片内径分别为D1和D2，传动用的螺旋轴的叶片外径为D3，那么它们之间的关系应当是D1＞D3＞D2。

所述的螺旋轴，采用的是沿轴向螺距逐渐缩小、螺旋中心轴轴径逐渐增加，而螺旋轴的螺旋轴叶片外径保持不变的结构，结合出料口的阻力板，用以在工作时能在滤腔内形成双重收缩作用，在过滤腔内形成较高静压区并沿螺旋轴向两端扩散，增加液相出流速度同时提高挤出固相的含固率。

所述的料浆为泥浆或钻井液。

大量实践表明，对高粘度物料的连续过滤设备必须具有连续自动清除截留在筛网面上的物质的功能，否则，根本就无法稳定地持续工作。基于这一思想，本发明开拓性地改变了筛网形式，开发了蠕动筛过滤技术，用以实现固液分离的目的；并且，以蠕动筛过滤技术为核心，结合真空薄层脱气和双重螺旋压榨技术，还可以实现固液气三相混合物的分离目的。

作为说明，前述的技术要点中，包含有以下三个技术方案：

(一)蠕动筛过滤技术：包括由多个蠕动单元所组成的蠕动筛网，以及传动用的螺旋轴，每个蠕动单元由固定片和蠕动片叠加构成，固定片与蠕动片之间的缝隙即为筛网通道，缝隙间距可根据需要调整，作为举例，最小可达25～50μm。多个蠕动单元叠加构成蠕动筛网主体，若取固定片和蠕动片内径分别为D1和D2，传动螺旋轴叶片外径为D3，则设计时要求D1＞D3＞D2，因而当螺旋轴转动时，固定片保持不动，而蠕动片则被螺旋轴叶片外侧推动并围绕螺旋轴中心作偏心运动，同时蠕动片与固定片之间发生相对位移，反复自动清理固定片与蠕动片之间的缝隙，从而避免缝隙堵塞。过滤时滤液通过蠕动筛间隙排出，而大于间隙的固相颗粒则被螺旋轴推动并向固相物质出料口输送。

(二)真空薄层脱气技术：对于设置有真空罐的情况而言，通过真空泵的抽吸作用，在蠕动筛外腔的真空罐内形成负压，料浆在负压作用下，通过进料口进入过滤腔，再由蠕动筛的筛网通道，呈薄层喷射状喷向真空罐壁，在碰撞、真空的作用下，浸入料浆中的气泡逸出，被真空泵抽出并排往安全地带。

(三)双重螺旋压榨技术：通过螺旋轴的变螺距和变轴径设计，形成滤腔的双重收缩，结合出料口的阻力板，在滤筒内形成较高静压区并沿螺旋轴向两端扩散，增加液相出流速度，同时提高挤出固相的含固率。

本发明的优点在于：本发明固定片与蠕动片间隙可小至25～50μm(非限定)，相当于325目(孔径45μm)的筛网，可一次性过滤料浆中的固态成分，而且本发明所述的设备是在低压低转速情况下运行的，能耗低(节约系统95％的能耗)、设备损耗小、无振动、无噪音、运行安全可靠。

同时，本发明操作简单、方便，能24小时全自动运行，可取代现有的振动筛、除砂机、除气罐、除泥机、清洁机，等等，具有巨大的社会效益和经济效益。

附图说明

下面结合附图对本发明进行更详细的说明。

图1是蠕动筛分离机的结构示意图，其中本实施例中设置有真空罐。

图2是蠕动筛的结构示意图。

图3是蠕动单元的结构示意图。

图4是蠕动筛分离机工作流程图，为一种实施例。

图5是蠕动筛分离机的结构示意图，其中本实施例中没有设置真空罐。

具体实施方式

实施例1，作为举例，对应的料浆为钻井液，利用本发明所述的蠕动筛分离机可直接进行固液气三相物质的分离操作。

参照图1、图2、图3和图4所示，设备主体由设置在中部的蠕动筛网200，和同时兼具传动、输送和挤压功能的处于中心位置的螺旋轴300，以及设置在外部的蠕动筛罐体400等结构共同组成。

在本实施例中，蠕动筛罐体400为真空罐410。该真空罐410用以实现抽真空的目的，作为举例而非限定，可采用外形呈偏心圆锥状结构，且顶部设有真空引气管411、底部设有排液管420。

其中的蠕动筛网200由多个蠕动单元210构成，每个蠕动单元210由固定片211与蠕动片212叠加构成。固定片211与蠕动片212之间的缝隙即为筛网通道220。筛网通道220所对应的缝隙间距可根据需要做调整。多个蠕动单元210叠加构成蠕动筛网200的主体。

若取固定片211和蠕动片212内径分别为D1和D2，传动用的螺旋轴300的叶片外径为D3，设计制造时适合按照D1＞D3＞D2的方式进行。因而，当螺旋轴300转动时，固定片211保持不动，而蠕动片212则被螺旋轴300的螺旋轴叶片310的外侧推动并围绕螺旋轴300中心做偏心运动，同时蠕动片212与固定片211之间发生相对位移，反复自动清理固定片211与蠕动片212之间的筛网通道220，从而避免了蠕动筛网200的缝隙堵塞。

设备中心位置的螺旋轴300在设计加工时，适合采用沿轴向螺距逐渐缩小、螺旋中心轴轴径逐渐增加的结构，但螺旋轴300叶片外径保持不变，从而使过滤腔230从进料口500向出料口510形成锥形双重收缩，完成传动、输送和挤压功能。再结合出料口的阻力板520，在过滤腔230内形成较高静压区并沿螺旋轴300向两端扩散，可增加液相出流速度并提高挤出固相的含固率。

所述的阻力板520，是设置在出料口510处的阻力增加结构。作为举例，可通过弹性的堵在出料口510处的板状结构来实现。其阻力大小，可根据需要做调整。

参照图4，本发明所述的设备工作时，螺旋轴300在减速电机600带动下低速转动(具体速度可小于50RPM)，带动蠕动筛网200内蠕动片212形成蠕动，真空罐410内在真空泵作用下形成负压，处于固液混合态的料浆被负压抽吸进入过滤腔230后，滤液和小颗粒物质夹带气相物质通过蠕动筛网200的固定片211与蠕动片212之间的筛网通道220快速渗出，呈薄层喷射状喷向真空罐壁，料浆中气相物质在碰撞、真空作用下逸出，通过真空泵从排气管410抽出。那些大于筛网通道220的固相颗粒则由螺旋轴300输送向出料口510，通过过滤腔230的双重收缩，固相颗粒间内压不断增强，进一步挤出的液体由出料口510排出。

总结下来，一种蠕动筛型分离机100的实现方法，该设备主体的内部为兼具传动、输送和挤压功能的螺旋轴300、中部为具有自清洁功能可活动间隙的蠕动筛网200、外部为真空罐410，该方法包括有如下步骤：

步骤1，螺旋轴300在减速电机600带动下低速转动，带动蠕动筛网200内的蠕动片212形成蠕动。

作为举例，减速电机600为低速转动，速度可＜50RPM。

步骤2，真空罐410在真空泵作用下形成负压，料浆被负压抽吸进入过滤腔230，滤液通过蠕动筛固定片211与蠕动片212之间的缝隙快速向外排出，呈薄层喷射状甩向罐壁，料浆中气相成分在碰撞、真空作用下逸出，通过真空泵抽出。

在本实施例中，由图4所示的料浆罐530提供料浆。所述的料浆在本实施例中为钻井液。

步骤3，料浆中大于筛网通道220的固相颗粒由螺旋轴300向出料口510推移，通过过滤腔的双重收缩，固相颗粒间内压不断增强，进一步挤出间隙液体后的料渣由出料口510排出。

在本实施例中，由图4所示的废渣池540来收集固液分离或固液气分离后的料渣。

步骤4，经除气、除砂后的料浆则由于自重进入排液管420。进一步，可经由旋转叶片将其排出罐外。具体来说，经除气、除砂后的钻井液滤液由于自重沿罐壁汇集在真空罐410底部，由排液管420进入排空腔后经旋转的叶片收集回用。

实施例2，对应的料浆为泥浆，直接进行固液分离。

参图5所示，和前述的实施例相比较，主要区别仅在于，本实施例所描述的蠕动型分离机100没有设置真空罐结构。在不设置真空罐的情况下，一般无须专门收集气相物质。

其它结构部分，与前述实施例类似。经过所述的蠕动型分离机100后，泥浆中的水分会从排液管420中流出，料渣从出料口510的排出。

以上是对本发明的描述而非限定，基于本发明思想的其它实施方式，均在本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种蠕动筛型分离机，其特征在于该分离机包括：

采用多个蠕动单元所组成的蠕动筛网，以及与传动用的螺旋轴，来共同构成具有可活动间隙的筛网结构，其中的蠕动单元由固定片和蠕动片构成，固定片与蠕动片之间的可活动间隙为筛网通道，多个蠕动单元的相邻叠加构成蠕动筛网主体，其中的螺旋轴，通过螺旋轴叶片带动蠕动片围绕螺旋轴中心做偏心运动，使蠕动单元中的蠕动片与固定片之间发生相对位移；

其中，在蠕动筛网之外配套设置有蠕动筛罐体，在蠕动筛罐体下侧设置有排液管；所述的蠕动筛罐体为真空罐，该真空罐通过真空泵实现抽吸作用，使用中料浆通过蠕动筛网的间隙，呈薄层喷射状喷向真空罐器壁，料浆中的气泡被真空泵抽出。

2.根据权利要求1所述的一种蠕动筛型分离机，其特征在于：取固定片和蠕动片内径分别为D1和D2，传动用的螺旋轴的叶片外径为D3，那么它们之间的关系应当是D1＞D3＞D2。

3.根据权利要求1所述的一种蠕动筛型分离机，其特征在于：所述的螺旋轴所配套的电机为减速电机。

4.根据权利要求1所述的一种蠕动筛型分离机，其特征在于：所述的螺旋轴，采用的是沿轴向螺距逐渐缩小、螺旋中心轴轴径逐渐增加，但螺旋轴的螺旋轴叶片外径保持不变的结构，用以在工作时能在滤腔内形成双重收缩作用。

5.根据权利要求1所述的一种蠕动筛型分离机，其特征在于：对应着所述的螺旋轴，设置有用以排出料渣并设置有阻力板的出料口，可对包括料渣在内的料浆实现挤压作用，在过滤腔内形成较高静压区并沿螺旋轴向两端扩散，增加液相出流速度，同时提高挤出固相的含固率。

6.一种采用权利要求1或4的蠕动筛型分离机实现料浆分离的方法，该分离机主体的内部包括有同时兼具传动、输送和挤压功能的螺旋轴、具有自清洁功能的蠕动筛网，在外部设置有真空罐，其特征在于该方法包括有如下步骤：

步骤1，螺旋轴在减速电机带动下低速转动，带动蠕动筛网内的蠕动片形成蠕动；

步骤2，真空罐在真空泵作用下形成负压，料浆被负压抽吸进入过滤腔，滤液通过蠕动筛固定片与蠕动片之间的缝隙快速向外排出，呈薄层喷射状甩向罐壁，料浆中气相成分在碰撞、真空作用下逸出，通过真空泵抽出；

步骤3，料浆中大于筛网通道的固相颗粒由螺旋轴向出料口推移，通过在过滤腔内的双重收缩，固相颗粒间内压不断增强，进一步挤出间隙液体后的料渣由出料口排出；

步骤4，除气除砂后的料浆则由于自重进入排液管，经旋转的叶片排出罐外。

7.根据权利要求6所述的一种实现料浆分离的方法，其特征在于：所述的螺旋轴在减速电机带动下低速转动，速率为50RPM以下。

8.根据权利要求6所述的一种实现料浆分离的方法，其特征在于：取固定片和蠕动片内径分别为D1和D2，传动用的螺旋轴的叶片外径为D3，那么它们之间的关系应当是D1＞D3＞D2。

9.根据权利要求6所述的一种实现料浆分离的方法，其特征在于：所述的螺旋轴，采用的是沿轴向螺距逐渐缩小、螺旋中心轴轴径逐渐增加，而螺旋轴的螺旋轴叶片外径保持不变的结构，结合出料口的阻力板，用以在工作时能在过滤腔内形成双重收缩作用，在过滤腔内形成较高静压区并沿螺旋轴向两端扩散，增加液相出流速度同时提高挤出固相的含固率。

10.根据权利要求6所述的一种实现料浆分离的方法，其特征在于：所述的料浆为泥浆或钻井液。

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