CN113374427A - 一种立式旋转泥浆处理器 - Google Patents
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Abstract
一种立式旋转泥浆处理器。本发明螺旋芯体安装在转鼓内且垂直设置，转鼓上端通过上盖的空心轴与差速器的壳体连接，空心轴驱动转鼓旋转；螺旋芯体通过传动轴与差速器内的齿轮传动机构连接，齿轮传动机构驱动传动轴和螺旋芯体旋转；转鼓和螺旋芯体的旋转方向相同，转速不同；转鼓上端的上盖固定设置有扇叶；转鼓内的液相、气相通过轴向通孔Ⅰ排出至箱体上部的收集槽内，液相从收集槽的液相排放孔排出；转鼓内的固相通过转鼓下端的径向通孔排出至箱体。其有益效果是，结构设计合理，有效降低能耗，提高固液分离效果；叶片上设置轴向通孔，增加处理量；在转鼓上方设置扇叶，有利于去除泥浆中的气体；具有除砂、除泥、除气功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种泥浆处理装置，尤其是涉及一种立式旋转泥浆处理器，属于石油开发技术领域。
背景技术
在石油钻井作业中，泥浆作为循环介质在井底和地面间循环，将钻屑输送到地面，此外它还有冷却钻头、平衡井底压力、稳定井壁等作用。
泥浆循环过程：泥浆泵将泥浆泵入井底，从钻头处喷出，然后携带钻屑返回地面，返回的泥浆先经过振动筛去除大颗粒，然后依次经过除砂器和除泥器去除细小的颗粒，如果泥浆中含有较多气泡，就需要用除气器去除泥浆中的气体，最后用离心机去除更细小的固相颗粒后，经过以上步骤清洁过的泥浆由泥浆泵重新送入井底。
除砂器和除泥器的核心部分都是水力旋流器，只是除砂器采用的旋流器直径大于除泥器，除砂器一般有2-3个直径250mm的旋流器，分离粒度为47-76μm的固相颗粒；而除泥器一般采用12-16个直径100mm的旋流器，分离粒度为15-46μm的固相颗粒。
除砂器和除泥器的工作原理：泥浆在离心泵的作用下以一定的压力从切线方向进入旋流器，在旋流器的圆柱腔体内高速旋转，由于离心力的作用，泥浆中的部分固相颗粒沉降到筒壁上，并沿着螺旋轨迹向下运动，从旋流器下端的固相出口排出，液相和未被分离的固相颗粒从旋流器顶部的排液口排出。
现有的除砂器和除泥器存在以下不足：
1.需要泵提供动力，一般采用离心泵，动力消耗大；
2.外壳静止，外壳内壁受到高速旋转泥浆的剧烈摩擦，磨损速度快，内壁磨损后液相流线会发生变化，降低固液分离效果；
3.进口压力、泥浆粘度、固相排出口的大小都会对泥浆的旋转速度和流线产生影响，从而影响分离效果，造成设备的分离效果不稳定；
4.只能除去固相，不能除去泥浆中的小气泡；
5.排出固相含液率较高。
发明内容
为了克服现有除砂器和除泥器存在的上述不足，本发明提供一种立式旋转泥浆处理器。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种立式旋转泥浆处理器，包括螺旋芯体，螺旋芯体的外圆周上固定设置有螺旋叶片，转鼓总成包括转鼓、螺旋芯体，螺旋芯体安装在转鼓内且垂直设置，转鼓的锥形体与螺旋芯体的锥形体相对应；所述转鼓上端通过上盖的空心轴与差速器的壳体连接，空心轴驱动转鼓旋转；所述螺旋芯体通过传动轴与差速器内的齿轮传动机构连接，齿轮传动机构驱动传动轴和螺旋芯体旋转，转鼓和螺旋芯体的旋转方向相同，转速不同。
所述螺旋芯体的锥形体上端设置有径向通孔。
所述转鼓的上端固定安装有上盖，上盖的上面固定设置有扇叶，上盖设置有轴向通孔Ⅰ。
所述转鼓内的液相、气相通过轴向通孔Ⅰ排出至箱体上部的收集槽内，其中的液相从收集槽的液相排放孔排出；转鼓内的固相通过转鼓下端的通孔排出至箱体，并由箱体下端排出。
所述螺旋叶片设置有轴向通孔Ⅱ。
所述螺旋芯体为薄壁筒，螺旋芯体的中部为上大下小的锥形体。
所述转鼓为薄壁筒，转鼓的中部为上大下小的锥形体，锥形体的上下两端设置有圆柱筒。
所述转鼓下端的内孔与螺旋芯体下端的圆柱筒外圆之间由上至下设置有密封圈Ⅰ、下轴承、密封圈Ⅱ。
所述转鼓上端固定安装的上盖两端设置有空心轴，空心轴的上端通过连接盘与差速器的外壳固定连接。
所述空心轴的下端设置在螺旋芯体上端的内孔中，空心轴与螺旋芯体上端内孔中安装有上轴承、密封圈Ⅲ。
所述机座总成包括由下至上依次设置的箱体、支架、支撑座，支架与支撑座接触面为球面。
所述支撑座固定安装有驱动总成，驱动总成包括电机、差速器、皮带轮，电机动力通过皮带轮、皮带驱动差速器运转。
所述电机、差速器垂直设置且相互平行，电机、差速器之间设置有弹簧，弹簧垂直设置在支撑座和支架之间。
进一步，所述转鼓位于箱体内，箱体上部的收集槽设置有气相排放孔；箱体下端为开放式，用于排放固相物质。
所述收集槽的底面为泥浆处理器的安装基准面。
进一步，所述空心轴垂直穿过支撑座的通孔，通孔与空心轴之间的环空内由下至上依次安装有密封圈Ⅳ、轴承、隔套、轴承、密封圈Ⅴ、连接盘，连接盘的上端与差速器的壳体固定连接。
所述传动轴穿过上盖的空心轴，传动轴的上端与差速器内的齿轮传动机构连接，传动轴的下端与螺旋芯体固定连接。
进一步，所述螺旋芯体的圆锥体与下端圆柱孔的交界面低于泥浆容器的液面。
进一步，所述螺旋芯体的下端与进液管接头连接处安装有旋转密封装置。
进一步，所述箱体的下端固定安装有进液管接头支架，进液管接头支架的另一端与进液管接头固定连接。
本发明的有益效果是，结构设计合理，无需使用离心泵，有效降低能耗；采用转鼓、螺旋芯体转动，有效提高固液分离效果，分离效果稳定；叶片上设置轴向通孔，增加处理量；在转鼓上方设置扇叶，有利于将泥浆中的气体分离和排出，高效去除泥浆中的气体；具有除砂、除泥、除气功能。
附图说明
图1是本发明立式旋转泥浆处理器的结构示意图。
图中：1.转鼓，2.通孔，3.螺旋芯体，4.螺旋叶片，5.径向通孔，6.箱体，7.液相排放孔，8.上轴承，9.气相排放孔，10.密封圈Ⅲ，11.上盖，12.密封圈Ⅳ，13.支架，14.隔套，15.支撑座，16.轴承，17.密封圈Ⅴ，18.连接盘，19.太阳轮轴支架，20.皮带，21.差速器，22.太阳轮轴，23.传动轴，24.空心轴，25.球面，26.皮带轮，27.电机，28.弹簧，29.轴向通孔Ⅰ，30.收集槽，31.底面，32.轴向通孔Ⅱ，33.密封圈Ⅰ，34.下轴承，35.密封圈Ⅱ，36.进液管接头支架，37.旋转密封装置，38.进液管接头，39.交界面，40.固相排放口，41.扇叶。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。但是，本领域技术人员应该知晓的是，本发明不限于所列出的具体实施方式，只要符合本发明的精神，都应该包括于本发明的保护范围内。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“垂直”、“上”、“下”、“左”、“右”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”、“密封”应做广义理解，例如，连接可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。密封可以是油封密封，也可以是盘根密封或其他密封形式。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参见附图1。本发明一种立式旋转泥浆处理器，包括转鼓总成、机座总成、驱动总成，所述转鼓总成包括转鼓1、螺旋芯体3，螺旋芯体3外圆周上固定设置有螺旋叶片4，螺旋芯体3安装在转鼓1内且垂直设置，转鼓1的锥形体与螺旋芯体3的锥形体相对应。
所述转鼓1上端通过上盖11的空心轴24与差速器21的壳体连接，空心轴24驱动转鼓1旋转；所述螺旋芯体3通过传动轴23与差速器21内的齿轮传动机构连接，齿轮传动机构驱动传动轴23和螺旋芯体3旋转，转鼓1和螺旋芯体3的旋转方向相同，但有一个转速差，优选的，转鼓1与螺旋芯体3的转速差为2-50转/分钟。
所述螺旋芯体3的锥形体上端设置有若干个径向通孔5，螺旋芯体3内的泥浆在螺旋芯体3带动下高速旋转，在离心力的作用下沿锥面上升，然后通过径向通孔5排出至转鼓1内。
所述转鼓1的上端固定安装有上盖11，上盖11的上面固定设置有扇叶41，扇叶41随着转鼓1转动，有利于将泥浆中的气体分离和排出。
所述上盖11设置有轴向通孔Ⅰ29，转鼓1内的液相、气相通过轴向通孔Ⅰ29排出至箱体6上部的收集槽30内，其中的气相通过收集槽30的气相排放孔9排出，液相从收集槽30的液相排放孔7排出；转鼓1内的固相通过转鼓1下端的径向通孔20排出至箱体6，并由箱体6下端的固相排放口40排出。优选的，气相排放孔9设置在收集槽30的上端，液相排放孔7设置在收集槽30的下端。在泥浆处理器工作过程中，沉降在转鼓1内壁的固相颗粒被螺旋叶片4推向转鼓1的下端，从设置在转鼓1下端的通孔2甩出，进入箱体6，然后从箱体6下方的固相排放口40排出。
所述螺旋叶片4设置有轴向通孔Ⅱ32，使得从泥浆中分离出的部分液相、气相可以通过通孔Ⅱ32轴向向上流动，而不必沿叶片的螺旋线流动，缩短了液体的流动距离，从而提高泥浆处理器的处理量。
进一步，所述螺旋芯体3为薄壁筒，螺旋芯体3的中部为上大下小的锥形体，锥形体上端通过传动轴23与差速器21内的齿轮传动机构连接。
进一步，所述转鼓1为薄壁筒，转鼓1的中部为上大下小的锥形体，锥形体的上下两端设置有圆柱筒，优选的，锥形体上端的圆柱直径尺寸与锥形体的大端尺寸相同，锥形体下端的圆柱直径尺寸小于锥形体的小端尺寸。
所述转鼓1下端的内孔与螺旋芯体3下端的圆柱筒外圆之间由上至下设置有密封圈Ⅰ33、下轴承34、密封圈Ⅱ35。
所述转鼓1上端固定安装的上盖11两端设置有空心轴24，空心轴24的上端通过连接盘18与差速器21的外壳固定连接。
所述空心轴24的下端设置在螺旋芯体3上端的内孔中，空心轴24与螺旋芯体3上端内孔中安装有上轴承8、密封圈Ⅲ10。
所述机座总成包括由下至上依次设置的箱体6、支架13、支撑座15，支架13与支撑座15接触面为球面25，支架13的内球面与支撑座15的外球面配合，转鼓总成通过在自重的作用下摆动保持竖直状态。
所述支撑座15固定安装有驱动总成，驱动总成包括电机27、差速器21、皮带轮26，电机27通过皮带轮26、皮带20驱动差速器21运转。所述电机27、差速器21垂直设置且相互平行，电机27、差速器21之间设置有弹簧28，弹簧28垂直设置在支撑座15和支架13之间，用于平衡电机27的偏心负载。
进一步，所述转鼓1位于箱体6内，箱体6上部的收集槽30设置有气相排放孔9、液相排放孔7，用于排放转鼓1旋转分离从泥浆中分离出的气相和液相；箱体6下端为开放式的固相排放口40，用于排放固相。
所述收集槽30的底面31为泥浆处理器的安装基准面。
进一步，所述空心轴24垂直穿过支撑座15的通孔，通孔与空心轴24之间的环空内由下至上依次安装有密封圈Ⅳ12、轴承16、隔套14、轴承16、密封圈Ⅴ17、连接盘18，连接盘18的上端与差速器21的壳体固定连接。
进一步，所述传动轴23穿过上盖11的空心轴24，传动轴23的上端与差速器21内的齿轮传动机构连接，传动轴23的下端与螺旋芯体3固定连接。
进一步，所述螺旋芯体3的圆锥体与下端圆柱孔的交界面39低于泥浆容器的液面，而无需使用其他的泵将泥浆泵送至泥浆处理器，能够达到有效节能的目的。
进一步，所述螺旋芯体3的下端与进液管接头38连接处安装有旋转密封装置37。
进一步，所述箱体6的下端固定安装有进液管接头支架36，进液管接头支架36的另一端与进液管接头38固定连接。
本发明立式旋转泥浆处理器的安装，将箱体6的收集槽30的底面31坐在基础面上，进液管接头38与泥浆容器的供液管道连通，泥浆容器内的液面高于螺旋芯体3的锥体与圆柱筒的交界面39。
本发明立式旋转泥浆处理器的电机27通过皮带轮26和皮带20驱动差速器21的外壳旋转，差速器21的外壳通过差速器的连接盘18驱动转鼓上方的端盖11，上端盖11带动转鼓1旋转。
所述差速器21是一个行星齿轮减速机，它的外壳和内齿圈是一体的，太阳轮轴22通过太阳轮支架19固定，太阳轮固定不转，内齿圈和太阳轮的转速差经过差速器21内部齿轮机构合成为传动轴23输入转速，传动轴23带动螺旋芯体3旋转，旋转方向与转鼓1的旋转方向相同，但有一个微小的转速差。
泥浆容器内的泥浆通过供液管道进入螺旋芯体3的内部，在螺旋芯体3旋转的离心力作用下，泥浆沿着螺旋芯体3的内锥面向上并通过螺旋芯体3锥体上部的径向通孔5进入转鼓1内；转鼓1旋转，在转鼓1内壁上形成环形液池。泥浆中的固相颗粒在离心力的作用下，克服泥浆粘度的阻力，向转鼓1内壁方向运动，最终沉降在转鼓1的内壁上；同时，泥浆中的气泡在离心力的作用下，克服泥浆粘度的阻力，快速溢出液池表面。转鼓1带动扇叶41高速旋转，形成从固相排放口40吸入，从气相排放孔9排出的气流，溢出液池表面的气相在气流的带动下，经上盖11的轴向通孔Ⅰ29进入箱体6上部的收集槽30，并通过气相排放孔9排出；与此同时，液相在离心力的作用下沿螺旋叶片4上设置的轴向通孔Ⅱ32向上移动到达转鼓1的顶部，从上盖11的轴向通孔Ⅰ29排至箱体6上部的收集槽30内，最终从液相排放孔7排出。
本发明立式旋转泥浆处理器的转鼓与螺旋芯体同时旋转，并带动泥浆旋转，降低泥浆对转鼓的冲刷磨损；转鼓的转速只受电机转速的控制，转速高，分离效果稳定；采用倒锥形螺旋芯体，泥浆可以自行流入设计，无需使用离心泵将泥浆泵入螺旋芯体内，能够节能降耗；固相排出前有一个离心脱水的过程，排出的固相含液率低；在转鼓旋转的离心力作用下，泥浆中气泡受到很大的浮力，从而更容易克服泥浆粘度的阻力，使得气泡快速溢出泥浆表面，能够高效去除泥浆中的气泡；本发明立式旋转泥浆处理器具有除砂、除泥、除气功能。
本发明还可以应用于河道穿越、地铁施工、河道清淤等需要使用固液分离设备的施工作业中。
应该注意的是上述实施例是示例而非限制本发明，本领域技术人员将能够设计很多替代实施例而不脱离本专利的权利要求范围。
Claims (10)
1.一种立式旋转泥浆处理器，包括螺旋芯体，螺旋芯体的外圆周上固定设置有螺旋叶片，其特征是：
转鼓总成包括转鼓、螺旋芯体，螺旋芯体安装在转鼓内且垂直设置，转鼓的锥形体与螺旋芯体的锥形体相对应；所述转鼓上端通过上盖的空心轴与差速器的壳体连接，空心轴驱动转鼓旋转；所述螺旋芯体通过传动轴与差速器内的齿轮传动机构连接，齿轮传动机构驱动传动轴和螺旋芯体旋转，转鼓和螺旋芯体的旋转方向相同，转速不同；
所述螺旋芯体的锥形体上端设置有径向通孔；
所述转鼓的上端固定安装有上盖，上盖的上面固定设置有扇叶，上盖设置有轴向通孔Ⅰ；
所述转鼓内的液相、气相通过轴向通孔Ⅰ排出至箱体上部的收集槽内，其中的液相从收集槽的液相排放孔排出；转鼓内的固相通过转鼓下端的通孔排出至箱体，并由箱体下端排出。
2.根据权利要求1所述立式旋转泥浆处理器，其特征是：所述螺旋叶片设置有轴向通孔Ⅱ。
3.根据权利要求2所述立式旋转泥浆处理器，其特征是：所述螺旋芯体为薄壁筒，螺旋芯体的中部为上大下小的锥形体。
4.根据权利要求1所述立式旋转泥浆处理器，其特征是：
所述转鼓为薄壁筒，转鼓的中部为上大下小的锥形体，锥形体的上下两端设置有圆柱筒；
所述转鼓下端的内孔与螺旋芯体下端的圆柱筒外圆之间由上至下设置有密封圈Ⅰ、下轴承、密封圈Ⅱ；
所述转鼓上端固定安装的上盖两端设置有空心轴，空心轴的上端通过连接盘与差速器的外壳固定连接；
所述空心轴的下端设置在螺旋芯体上端的内孔中，空心轴与螺旋芯体上端内孔中安装有上轴承、密封圈Ⅲ。
5.根据权利要求1所述立式旋转泥浆处理器，其特征是：
所述机座总成包括由下至上依次设置的箱体、支架、支撑座，支架与支撑座接触面为球面；
所述支撑座固定安装有驱动总成，驱动总成包括电机、差速器、皮带轮，电机动力通过皮带轮、皮带驱动差速器运转；
所述电机、差速器垂直设置且相互平行，电机、差速器之间设置有弹簧，弹簧垂直设置在支撑座和支架之间。
6.根据权利要求5所述立式旋转泥浆处理器，其特征是：所述转鼓位于箱体内，箱体上部的收集槽设置有气相排放孔；箱体下端为开放式，用于排放固相物质；
所述收集槽的底面为泥浆处理器的安装基准面。
7.根据权利要求6所述立式旋转泥浆处理器，其特征是：所述空心轴垂直穿过支撑座的通孔，通孔与空心轴之间的环空内由下至上依次安装有密封圈Ⅳ、轴承、隔套、轴承、密封圈Ⅴ、连接盘，连接盘的上端与差速器的壳体固定连接；
所述传动轴穿过上盖的空心轴，传动轴的上端与差速器内的齿轮传动机构连接，传动轴的下端与螺旋芯体固定连接。
8.根据权利要求1所述立式旋转泥浆处理器，其特征是：所述螺旋芯体的圆锥体与下端圆柱孔的交界面低于泥浆容器的液面。
9.根据权利要求8所述立式旋转泥浆处理器，其特征是：所述螺旋芯体的下端与进液管接头连接处安装有旋转密封装置。
10.根据权利要求9所述立式旋转泥浆处理器，其特征是：所述箱体的下端固定安装有进液管接头支架，进液管接头支架的另一端与进液管接头固定连接。
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2021
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