巖屑甩干機是鉆井液廢棄物處理領域中“鉆井液不落地”系統重要的配套設備,在海洋鉆井平臺使用過程中,常出現刮刀磨損嚴重、分離效率低、分離后固相含濕量高等問題。
為了解決上述問題,本文從磨損理論、結構參數、顆粒性質等方面出發,首先建立彎、直刮刀巖屑甩干機模型進行沖蝕磨損分析及疲勞分析,根據分析結果選取彎刮刀巖屑甩干機進行分離效率研究。然后對影響彎刮刀巖屑甩干機分離效果的相關因素進行參數優化。
*后通過仿真驗證得出較優參數組合,對巖屑甩干機的后續研究具有重要意義。具體研究工作有以下幾個方面:
(1)調研WSM-01 36”型巖屑甩干機現場使用情況,離心分離設備研究現狀及巖屑甩干機應用現狀等問題,確定研究的必要性和重要性。
(2)了解沖蝕磨損研究進展及磨損機理,在巖屑甩干機結構特點和工作原理基礎上,對離心分離場中的顆粒進行受力分析,找出磨損規律。(3)在刮刀沖蝕磨損研究現狀的基礎上,運用Fluent軟件研究直、彎刮刀巖屑甩干機磨損分布及粒徑、流量、速度對刮刀沖蝕磨損影響。結果表明:不論是直刮刀巖屑甩干機還是彎刮刀巖屑甩干機,刮刀大端磨損較為嚴重;當粒徑為40μm時,刮刀磨損率*高,當粒徑大于70μm后,磨損率趨于穩定;隨著顆粒質量流量和沖擊速度的增加,刮刀磨損率相應增加,當沖擊速度在5m/s-7.5m/s之間時,兩種葉形刮刀磨損都相對較小;彎刮刀不論是磨損率還是疲勞壽命都優于直刮刀。
(4)確定彎刮刀巖屑甩干機作為分離效率分析對象,運用Fluent軟件從間隙、半錐角等方面分析結構參數和操作參數對分離效率影響。結果表明,巖屑甩干機分離效率各參數較優范圍出現在刮刀與篩網間隙3mm-5mm之間、轉子半錐角25-27.5°之間、固相體積分數40%以上、粒徑0.07mm以上、轉速800rpm-1000rpm之間、轉速差12rpm-20rpm之間。
(5)運用Minitab軟件正交分析影響分離效率相關參數,將影響*大的三個參數進行響應面分析,經過多參數間的交互和優化后,得出較優參數組合,并進行仿真驗證。結果表明:優化后的彎刮刀分離效率提高了 16.65%,達到了 89.95%;底面出口含濕量降低了 7.38%,降至 5.55%。
