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岩屑甩干机高浓度流场分析及筛篮结构参数优化

发布时间:2018-03-10 03:25

  本文选题:岩屑甩干机 切入点:流场 出处:《西南石油大学》2017年硕士论文 论文类型:学位论文


【摘要】:岩屑甩干机作为新型废弃物处理设备,对废弃物的处理、回收及利用显现出了极大的优势,但在实际工况中钻井液物性、上级固控设备分离粒度、入料浓度等众多因素影响着岩屑甩干机的分离效率和效果。为了分析不同因素带来的影响,本文主要从工况性质、甩干机操作参数和结构参数、物料特性等几方面出发对岩屑甩干机进行流场分析以及针对关键部件进行静、动力学分析。通过理论研究、数值仿真、参数优选等方法优化转子结构参数和操作参数,并深入研究了筛篮的振动特性、应力分布及变形情况,对岩屑甩干机的结构改进具有重要的工程意义。具体研究工作有以下几方面:(1)充分调研岩屑甩干机的相关资料及现场应用情况,了解其工作原理、工作过程,了解国内外的应用现状、存在问题及发展趋势,确定了其研究的必要性。(2)研究岩屑甩干机的分离理论,对岩屑甩干机的筛网过滤及分离特性进行理论研究,并基于离心过滤基本方程,分析对其分离效果及效率的影响因素。结果表明:过滤介质和滤饼共同影响岩屑甩干机的分离效率和效果,压降、流体粘度、过滤时间、过滤介质材料以及颗粒粒径是影响排渣含湿量的主要因素。(3)研究流体动力学理论及流场数值模拟方法在岩屑甩干机上的运用。运用虚拟样机技术建立岩屑甩干机虚拟样机,并运用计算流体力学软件Fluent模拟岩屑甩干机内部流场特性,初步探讨流体的速度场和压力场等规律,以及各参数对分离效率的影响。结果显示:在转速为825r/min、差转速为25r/min、转子半锥角为α= 25°、入口速度为5m/s情况下工作状态最好,且当入料密度超过2600Kg/m3、固相含量超过60%时岩屑甩干机机械性能明显下降。(4)对筛篮进行了静力学理论分析,计算了离心锥和筛网的激振频率和固有频率,运用单向耦合理论并配合Ansys workbench相应的求解工具完成有、无加强筛笼筛篮的应力、变形及模态分析,并根据实际工况分析其转子在自由状态和实际约束状态下的动力学特性。结果显示:有加强筛笼的筛网内部最大应力远低于筛篮许用应力,在实际工况下变形小,寿命长;通过坎贝尔曲线图求解了固有频率下的临界转速,与实际参数做对比,远小于共振条件,不会出现共振破坏。(5)通过以上研究,进行筛篮整体参数优选,并进行仿真验证。结果显示:优化后的筛篮强度提高了 39.38%,刚度提高了 40.63%,验证了优选参数的正确性。
[Abstract]:As a new type of waste treatment equipment, the cuttings flick dryer has shown great advantages in the treatment, recovery and utilization of waste, but in the actual working conditions, the physical properties of drilling fluid and the separation granularity of the superior solid control equipment are obtained. The separation efficiency and effect of cuttings dryer are affected by many factors, such as feed concentration. In order to analyze the influence of different factors, this paper mainly analyzes the operating parameters and structural parameters of the drying machine. The flow field analysis of cuttings drying machine and static and dynamic analysis of key components are carried out. The rotor structure parameters and operation parameters are optimized by theoretical research, numerical simulation, parameter optimization and so on. The vibration characteristics, stress distribution and deformation of the screen basket are also studied. It is of great engineering significance to improve the structure of the cuttings dryer. The specific research work includes the following aspects: 1) fully investigate the relevant data and field application of the cuttings dryer, and understand its working principle and working process. It is necessary to study the separation theory of cuttings drying machine, and to study the screening screen filtration and separation characteristics of cuttings drying machine. Based on the basic equation of centrifugal filtration, the factors influencing the separation efficiency and efficiency are analyzed. The results show that the separation efficiency and effect, pressure drop, fluid viscosity, filtration time of the cuttings flick dryer are affected by the filter medium and the filter cake. The application of fluid dynamics theory and flow field numerical simulation method in cuttings drying machine is studied. Virtual prototype of cuttings drying machine is established by using virtual prototyping technology. Using the computational fluid dynamics software Fluent to simulate the characteristics of the flow field in the cuttings dryer, the velocity field and pressure field of the fluid are preliminarily discussed. The results show that when the speed is 825 r / min, the difference speed is 25 r / min, the rotor half cone angle is 伪 = 25 掳, and the inlet velocity is 5 m / s, the working condition is the best. And when the density of feed is more than 2600kg / m ~ 3 and the solid content is more than 60, the mechanical properties of cuttings drying machine are obviously decreased. (4) the static theory analysis of screen basket is carried out, and the exciting frequency and natural frequency of centrifugal cone and screen screen are calculated. Using unidirectional coupling theory and corresponding solving tools of Ansys workbench, the stress, deformation and modal analysis of sieve basket without reinforcement are completed. According to the actual working conditions, the dynamic characteristics of the rotor in the free state and the actual constrained state are analyzed. The results show that the maximum stress inside the screen screen with strengthened cage is much lower than the allowable stress of the screen basket, and the deformation is small and the life is long in the actual working condition. The critical rotational speed at natural frequency is solved by Campbell curve. Compared with the actual parameters, it is far less than the resonance condition, and there will be no resonance damage. (5) through the above research, the overall parameters of the screen basket are optimized. The simulation results show that the strength of the optimized screen basket is increased by 39.38 and the stiffness of the screen basket is increased by 40.63, which verifies the correctness of the optimized selection parameters.
【学位授予单位】:西南石油大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TE9

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本文编号:1591559

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