CN2465821Y - 变椭圆变直线振型振动筛 - Google Patents

Abstract

一种变椭圆变直线振型振动筛,其激振器的激振轴的设计与安装保证了激振合力的力心与振动筛的质心不重合,使其筛网上各部位的椭圆轨迹长短轴方位、直线轨迹的直线方向在某一时刻不相同,从而使被筛分物料的入口端筛分的垂直分量大,抛掷指数高,有利于处理高粘度的钻井液,不易发生“筛堵”;而在出口端则具有较大的排屑水平分量,因而具有较快的排屑速度。本振动筛适用于石油、天然气钻井液开发工程及需要进行物料筛分的领域。

Description

变椭圆变直线振型振动筛

本实用新型涉及用于筛分物料的惯性振动筛，特别是筛分石油、天然气钻井液的振动筛。

目前国内外所使用的各类惯性振动筛，通常是由筛箱、底座及激振器组成，激振器包括电机及带偏心质量的激振轴，电动机带动激振轴旋转即产生离心惯性力(激振力)，从而使振动筛运动。当离心惯性力的力心与振动筛筛箱整体质心重合时，振动筛筛箱整体作平动运动，筛箱上各点的运动轨迹均与质心运动轨迹相同。目前钻井生产中所使用的“圆”、“直线”振型振动筛以及在99232313.4专利中提出的平动“椭圆”振型振动筛，其特点都是筛箱上各点的运动轨迹均与筛箱质心的运动轨迹相同，因而在激振力作用下，筛箱上各部位受等强度作用，筛箱上的筛网的筛分和排屑作用处处相等。但是，根据生产实际的需要，通常希望在钻井液入口端具有较大的筛分垂直分量，即具有较高的抛掷指数，使其易于处理高粘度的钻井液，不易发生“筛堵”现象；而在出口端则应有较大的排屑水平分量，使其具有较快的输送速度，有利于钻屑排除。

本实用新型的目的在于，提出一种能够实现在钻井液入口处具有较大的筛分垂直分量，而在出口端具有较大的排屑水平分量的变椭圆变直线振型振动筛，以进一步提高筛分效率和输送速度。

为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

振动筛仍主要由筛箱(2)、底座(1)及激振器组成，激振器包括电机(3)和带偏心质量的激振轴(6)，筛箱(2)上有筛网(4)，筛箱(2)通过弹性支座(5)与底座(1)联接，其特征在于：激振轴(6)的设计及其在筛箱(2)上的安装位置应保证离心惯性合力的“力心”与筛箱整体的“质心”不重合。

在振动筛工作时，各离心惯性力的交点即为“力心”，“力心”的位置与激振轴轴心之间的距离L及偏心质量的偏心距r与激振轴轴心连线之间的夹角α(即初始相位角)有关；而振动筛筛箱的“质心”则与振动筛筛箱及其上的激振轴的形状、大小、质量以及激振轴的安装位置有关，因此，在振动筛筛箱的形状、大小、质量一定的情况下，只要调整激振轴的α、偏心质量m、偏心距r以及激振轴的安装位置，即可通过数学模型确定离心惯性力之力心位置和振动筛筛箱质心的位置。当力心与质心不重合、各激振轴的α不相等且不同时为零、质量矩mr不相等时，可使振动筛筛网各点的“椭圆”振型长短轴的方位不同。从而实现变椭圆运动；而当力心与质心不重合、激振轴的α相等，质量矩mr相等时，可使振动筛筛网各点的“直线”振型的直线方向不同，从而实现变直线运动。

本实用新型的激振轴可采用双轴或多轴，电机可采用激振电机或抗振、防爆电机，多激振轴的振动可以是强迫同步振动或自同步振动，激振轴偏心质量可相等或不相等。

本实用新型的优点在于：改变了传统的筛箱受等强度作用方式，根据筛分的需要，在钻井液入口端筛分分量高，抛掷指数高，有效地提高了固、液相的分离速度，易于处理高粘度钻井液，不易“筛堵”；而出口端排屑分量高，可使物料输送速度快，更进一步提高了钻井液的处理效率。另一方面，由于入口端筛分分量高，抛掷指数高，筛分速度快，减少了含屑钻井液沿筛面的流程和分布，把提高筛网使用寿命的问题集中于振动筛钻井液入口处的小范围内，有利于问题的解决；与此同时，由于减少了含屑钻井液沿筛面的流程和分布，因而又可减轻激振器轴承易损件的动载荷，延长了它们的使用寿命。

附图说明如下：

图1是本实用新型的主视图之示意图

图2是本实用新型的俯视图之示意图

图3是本实用新型筛箱结构简化示意图

图4是本实用新型筛箱力学模型图

图5是变椭圆筛某一时刻钻井液从入口端到出口端的筛网各部位质点振动轨迹示意图

图6是变直线筛某一时刻钻井液从入口端到出口端的筛网各部位质点振动轨迹示意图

下面结合附图说明本实用新型的实施例：

以双激振轴振动筛为例，参看图1、图2，振动筛由筛箱(2)、底座(1)及激振器组成，筛箱(2)通过弹性支座(5)与底座(1)联接，筛箱(2)上有筛网(4)，激振器包括抗振电机(3)和带偏心质量的激振轴(6)，抗振电机(3)用变频器(7)实现其无级调速，抗振电机(3)通过皮带传动机构(8)带动激振轴(6)转动，两激振轴(6)自同步旋转。激振轴(6)安装于筛箱(2)上的适当位置，激振轴的设计及其安装位置应保证激振合力的力心与筛箱整体的质心不重合。

参看图3，m₁、m₂为两激振轴的偏心质量，r₁、r₂为偏心距，O₁、O₂为激振轴的轴心，L为两轴心之间的距离，α₁、α₂分别为两偏心距与两激振轴轴心连线O₁O₂之间的夹角，即初始相位角，ω为激振轴的激振圆频率，t为时间。参看图4，两激振轴旋转时产生的离心惯性力分别是

、

其合力的力心为C点，而振动筛筛箱的质心在O点。根据理论推导可得出，C与O在X轴上的距离X_t，在Y轴上的距离Y_t可用下面的式子表示： $X_t=\frac{\mathrm{tg}({\mathrm{\α}}_1+\mathrm{\ωt})-\mathrm{tg}({\mathrm{\α}}_2+\mathrm{\ωt})}{\mathrm{tg}({\mathrm{\α}}_1+\mathrm{\ωt})+\mathrm{tg}({\mathrm{\α}}_2+\mathrm{\ωt})}L--\left(1\right)$ $Y_t=\frac{-2\mathrm{tg}({\mathrm{\α}}_1+\mathrm{\ωt})\mathrm{tg}({\mathrm{\α}}_2+\mathrm{\ωt})}{\mathrm{tg}({\mathrm{\α}}_1+\mathrm{\ωt})+\mathrm{tg}({\mathrm{\α}}_2+\mathrm{\ωt})}L--\left(2\right)$

由①、②式可知，要保证C点与O点不重合，则应使α₁≠α₂，且α₁与α₂不能同时为零，同时应使L≠0。

由振动筛的动力学分析可得出，激振力合力与X轴之间的夹角ψ_t为： ${\mathrm{\Ψ}}_t={\mathrm{\α}}_1+\mathrm{\ωt}+\arcsin \left(\frac{m_2{r}_2{\mathrm{\ω}}^2\sin ({\mathrm{\α}}_1+{\mathrm{\α}}_2+2\mathrm{\ωt})}{F}\right)$

式中F为离心惯性力F₁与F₂之合力。

由于离心惯性力的力心与筛箱的质心不重合，筛网上各点的运动为随质心的平动与绕质心转动的复合运动。筛箱上任意点P(P_x、P_y)的位移表达式为：X_P＝X－ψ_tP_yY_P＝Y＋ψ_tP_x式中：X_P、Y_P为P点在X、Y方向上的位移；

X、Y为质心在X、Y方向上的位移；

P_x、P_y为P点的座标；

ψ_t是激振合力与X轴之间的夹角。

式中的X、Y亦可通过动力学分析得出。这样上述式子即可计算出在某一时刻筛箱各点的运动轨迹。

通过计算和实验证明：

(1)当m₁r₁≠m₂r₂，α₁≠α₂且不同时为零的情况下，振动筛各点的椭圆轨迹其椭圆长短轴方位不同，在某一时刻，从左(钻井液入口端)至右(钻井液出口端)，其椭圆长短轴方位的变化如图5所示。

(2)当m₁r₁＝m₂r₂，α₁＝α₂时，振动筛各点的直线轨迹方向不同，在某一时刻，从左到右(即从钻井液入口端至钻井液出口端)各部位直线方向的变化如图6所示。

Claims (3)

1.一种变椭圆变直线振型振动筛，主要由筛箱(2)、底座(1)及激振器组成，激振器包括电机(3)和带偏心质量的激振轴(6)，筛箱(2)上有筛网(4)，筛箱(2)通过弹性支座(5)与底座(1)联接，其特征在于：激振轴(6)的设计及其在筛箱(2)上的安装位置应保证离心惯性合力的力心与筛箱整体的质心不重合。

2.根据权利要求1所述的变椭圆变直线振型振动筛，其特征在于：各激振轴(6)的偏心质量矩mr互不相等，其初始相位角α互不相等且不同时为零，激振轴轴心之间的距离L亦不为零。

3.根据权利要求1所述的变椭圆、变直线振型振动筛，其特征在于：各激振轴(6)的偏心质量矩mr相等，初始相位角α也相等。

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