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          關鍵詞:湘潭通用離心機

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          分離加重材料時離心機的自適應控制研究

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          分離加重材料時離心機的自適應控制研究

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            離心機作為一種鉆井液固控設備,在鉆井作業中有著非常重要的作用,它一方面能清除非加重鉆井液的固相,另一方面還能從加重鉆井液中分離加重材料[1]。但離心機的工作受多個參數的影響,例如:滾筒轉速和扭矩、螺旋輸送器轉速和扭矩、鉆井液供料量、鉆井液性能、鉆井液稀釋程度、液體中固相的含量、聚合物殘留程度等。改變其中任一個參數,都將影響離心機的分離效果。此外,斷電、潛在的技術故障等都將危及離心機的安全。
            一、分離加重材料時離心機分離粒度的確定
            本文給出的方案為兩臺離心機合用,第一臺采用可調速離心機,設定好其分離粒度,用來分離加重材料,第二臺用來清除有害固相[2]。
            粒度確定過程為:當直徑為dc(分離粒度)的粒子被全部分離,即分離效率ET=1,大于dc尺寸的粒子所需的沉降時間小于直徑為dc粒子的沉降時間tc,而小于dc尺寸的粒子所需的沉降時間大于tc。因此,從d1(加重材料中最小的粒度值)到dc間的粒子所能沉降下來的數量是按tc/tx的比例確定的,而dc到dm(加重材料中最大的粒度值)的粒子則是百分之百沉降下來。式(2)中a為分布特性系數,對應分離效率為50%時的粒度值。
             則分離總效率為:
             由表1可知,隨著離心機分離粒度的減小,離心機加重材料分離率提高,但分離加重材料中無用固相的含量也隨著增加,經過振動篩后,根據加重材料與巖屑比重之間的關系,同時根據硬地層33μm以下的固相顆粒為819%[3],因此綜合確定出離心機的分離粒度為20μm,這時加重材料的分離效率達80%以上。
            二、分離加重材料時全自動閉環控制系統的設計
           ?。豹?a href="http://www.eplenopy.com/" target="_blank" title="離心機">離心機工作系統設計出既能優化離心機工作,又能保障離心機安全運行的自動檢測、控制系統.
            電動機46驅動泵44,將罐40中的鉆井液經管42、流量計48、密度計50和粘度計52,輸送進離心機處理。
            保護開關38a與連接器38相連。若齒輪箱超扭矩運行,保護開關38a將切斷電源,停止電動機工作。
            該系統中離心機的螺旋輸送器與滾筒的運轉模式為:①由變頻驅動器54→交流電動機24→皮帶26→空心軸21→法蘭軸→離心機10→滾筒旋轉。②由變頻驅動器56→交流電動機34→太陽輪35→行星齒輪變速箱32→法蘭軸19→螺旋輸送器旋轉。
           ?。勃眴纹瑱C檢測和控制系統
            離心機工作系統采用兩臺變頻驅動器。為了使這兩臺變頻驅動器與供液情況相協調,以便得到滿意的分離效果,故采用了單片機自動控制系統。此外,單片機還可監測離心機的其他工作參數。離心機的監測接口情況如下:
           ?。ǎ保﹩纹瑱C60的兩個輸入接口分別與變頻驅動器54、56相連,改變電動機24、34的工作頻率,從而分別改變離心機滾筒和螺旋輸送器的轉速及扭矩。
           ?。ǎ玻┍Wo開關38a與單片機的一個輸入端口相連,可對齒輪箱32的超扭矩做出響應,以保護離心機。
           ?。ǎ常﹩纹瑱C的一個端口與流量計48相連,測量經管42流進離心機的鉆井液流量。
           ?。ǎ矗﹩纹瑱C的一個端口與密度計50相連,測量經管42流進離心機的鉆井液密度。
           ?。ǎ担﹩纹瑱C的一個端口與粘度計52相連,測量經管42流進離心機的鉆井液粘度。
           ?。ǎ叮﹩纹瑱C的一個端口與閥42a相連,控制閥42a開口的大小,從而控制流入離心機的流量。
           ?。ǎ罚┱駝訖z測儀62安裝在滾筒的外殼上,與單片機60相連,當接近或超過振動極限時,單片機將輸出相關指令控制變頻器54、56,以改變電動機24、34的工況,或停止電動機工作,以關掉離心機。
           ?。ǎ福┹S承座上各安裝有一對加速度傳感器(垂直、水平各一只),以檢測軸的振動情況。當有特殊信號或參數出現時,即表明有潛在危險出現,單片機將發出警告或采取某些控制措施。
           ?。唱笨刂葡到y的功能
             (1)通過全自動閉環智能控制系統,離心機一直處于安全的工作運行中,以高效分離加重材料。
           ?。ǎ玻┊旊x心機在正常工作狀態時,針對傳感器采集的鉆井液粘度值,由單片機輸出鉆井液處理量Q及主、輔電動機轉速n。
           ?。ǎ常┊旊x心機接近極限工況時(極限轉速、極限扭矩、極限振動、極限電流),單片機將發出警告信號,同時發出相關指令,改變電動機工況和供料泵的供液情況,避免或延緩故障發生。
           ?。ǎ矗┤綦x心機已超限工作,則單片機將停止離心機工作,以免離心機受到不必要的損壞。
            三、全自動閉環控制系統的工作原理及流程圖[4]、[5]  
           ?。ǎ保┯脝纹瑱C的管腳p12、p13、p14,分別作為流量Q、密度ρ、粘度μ(A/D轉換后)的輸入端;用管腳p01、p02、p03分別作為振動k、加速度a、扭矩m(A/D轉換后)的輸入端;用管腳p05、p26分別作為控制驅動變頻器,改變主、輔電機轉速的輸出端;用管腳p27作為控制閥門,改變供料泵流量的輸出端。
           ?。ǎ玻┽槍纹瑱C芯片,采用C++程序語言,對不同的扭矩信號m、粘度μ、振動參數k、加速度a進行分段編程。
           ?。ǎ常┯勉@井液密度傳感器、鉆井液粘度傳感器、振動傳感器、加速度傳感器、扭矩傳感器,分別測量出工作數據。
           ?。ǎ矗鞲衅髦胁杉墓ぷ鲾祿M行A/D轉換,并輸入到單片機中,單片機根據采集的數據,經已編制程序的判斷,控制系統發出相應的輸出處理指設立四個工況及相應工作參數:①正常安全停機扭矩Mmax,最大工作扭矩M1,正??蛰d啟動最小扭矩值Mmin;②正常安全停機振動Kmax,最大工作振動K1,正??蛰d啟動最小振動Kmin;③正常安全停機轉速nmax,最大工作轉速n1,正??蛰d啟動最小轉速nmin;④正常安全停機電流Imax,最大工作電流I1,正??蛰d啟動最小電流Imin。
             1正常工作狀態
            當傳感器檢測到離心機轉速、扭矩、振動及工作電流均小于最大工作值,且大于正常啟動空載最小設定值時,表明離心機保持正常工作狀態。此時,根據粘度傳感器反饋到單片機的值,通過單片機內已編制的程序做出相應的處理,即輸出變頻器的頻率,改變離心機的轉鼓轉速,調整供料泵的處理量。
           ?。勃遍]環控制狀態
            當傳感器檢測到離心機轉速、扭矩、振動或工作電流某值大于最大工作值,且小于最大停機的最小設定值時,說明離心機負載增大。此時,通過反饋信號到單片機,根據已編制的程序做出及時的反應,減少進料量。同時對粘度的測量值,控制系統給出合理的離心機轉速,達到加重材料的分離與有害固相的清除。
           ?。唱蓖C報警狀態
            只要傳感器檢測值,其中有一個參數達到或超過給定的最大停機參數值,控制系統便發出停機報警指令。
            結論
            本文針對加重材料分離的實質,提出一套全自動閉環控制分離方案,可隨著鉆井液性能參數的變化及離心機機械性能參數的變化,綜合給出分離加重材料時離心機的轉速與供料泵的流量值。通過這套控制系統的實施,可“實時”有效分離加重材料,節約加重材料的費用,減少礦產資源損耗,降低工人勞動強度。同時,更有效地解決環境污染問題,具有顯著的經濟效益和社會效益。

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