【文章內(nèi)容簡介】 FM HAHB ?? = mmN ????? 74 0 ③ 垂直平面受力分析 徑向力 ??costantr nFF ??= ? 軸向力 ?tan?? ta FF ?? 支點反力 212 2LLdFLFF arVA ???? = N444 2??? ????? 211 2LLdFLFF arVC ???? N444 2??? ?????? ④ 垂直平面彎矩： 11 LFM VAVB ?? ? mmN ????? 74 0 22 LFM VCVB ?? = mmN ????? 74 2 0 ⑤ 合成彎矩： 212 VBHB MMM ??左 ? ? ? ? ? mmN ?????? 72727 222 VBHB MMM ??右 = ? ? ? ? mmN ?????? 72727 ⑥ 扭矩分析： ? ?22 TMMe ??? (34) 式中， 中大者及為 右左 MMM ； 式中 ? 為考慮彎曲應力與扭轉(zhuǎn)剪應力循環(huán)特性的不同引入的修正系數(shù)。通常彎曲應力為對稱循環(huán)變化應力，扭轉(zhuǎn)應力隨工作情況變化而變化。對于不變轉(zhuǎn)矩取? ? ? ? ?? ? b??? ，對于脈動循環(huán)轉(zhuǎn)矩取 ? ? ? ? ?? ? bb ??? ；對于對稱循環(huán)轉(zhuǎn)矩取 1?? 。 ? ? ? ? mmNM e ???????? 72527 ⑦ 確定危險截面及校核強度 西南石油大學畢業(yè)設計（論文） 18 MP aMP adWM 327ee ????? 查表得 ? ? ? ?b1e1 ,60 ??? ??? 滿足M P ab 的條件，故設計的軸有足夠強度 。 攪拌器葉輪的設計 攪拌器葉輪的選擇 攪拌器的攪拌作用由運動著的 漿 葉所產(chǎn)生，因此， 漿 葉的形狀、尺寸、數(shù)量以及轉(zhuǎn)速就影響著攪拌器的功能 。 用于化工和食品工業(yè)的攪拌葉輪類型繁多，由于葉輪使用范圍具有較廣的范圍，因此真正用于石油鉆井固控系統(tǒng)攪拌器的葉輪類型也不過三四種。常見的攪拌葉輪可粗略的分為四種類型，即 漿 式、開啟 蝸 輪式、圓盤 蝸 輪式和推進式。經(jīng)過長期生產(chǎn)經(jīng)驗的積累和試驗研究，各種類 型葉輪尺寸的相對關(guān)系都已有一個大致的范圍，超過這些范圍設計出來的葉輪．無論外觀或性能都不會理想。同樣，它們相應的運轉(zhuǎn)條件、介質(zhì)粘度大致的流動狀態(tài)都已有 — 定的推薦范圍。 經(jīng)過長期生產(chǎn)經(jīng)驗的積累和實驗研究，各種 類型葉輪尺寸的相對關(guān)系都有一個大致范圍，超過這些范圍設計出來的 葉輪，無論外觀和性能都不會理想。同樣，它們相應的運行條件，介質(zhì)粘度大致的流動狀態(tài)都有一定的推薦范圍，如 下 表 33所示： 目前國內(nèi)外石油固控系統(tǒng)中，最常用的攪拌器有兩種，一種是開啟式 蝸 輪，一種是圓盤式 蝸 輪。很少再選 漿 式和推進式，而開啟式 蝸 輪最常用 的是平直葉片。在圓盤葉片中，最常用的是平直片、折葉片和后彎葉片。由于開啟 蝸 輪式即使沒有擋板也具有強烈的上下對流作用。因此，在較先進的鉆井液攪拌器中得到了廣泛應用。 表 33 攪拌器型式和適用條件 攪拌器型式 流動狀態(tài) 攪拌目的 攪拌器容積 轉(zhuǎn)速范圍r/min 對流循環(huán) 湍流擴散 剪切流 低粘度混合 分解 溶解 氣體吸收 蝸輪式 * * * * * * * 1~100 10~300 漿式 * * * * * 1~200 10~300 推進式 * * * * 1~1000 10~500 折葉開啟式蝸輪 * * * * 1~1000 10~300 泥漿攪拌器設計 19 攪拌葉輪形狀與流態(tài)的關(guān)系 固液 相攪拌過程問題復雜，因為既有固液兩相物性的不同，又存在著較大的密度差異。固液相攪拌有一個基本要求，就是使固體顆粒懸浮起來。如果固相顆粒密度很小，濃度不大．密度與液體十分接近，則此 時可將固相看作是液相的一部分。如果固相顆粒密度較大，同相顆粒在液 相中的沉降速度較大，只有進行充分攪拌才能保持固相的懸浮狀態(tài)。從理論上講，只要攪拌液的上升速度大于固相沉降速度，就可使固體顆粒懸浮起來。 實驗證明，固相懸浮 存在一個臨界攪拌轉(zhuǎn)速，其值與固液相密度差、液相密度、固相密度、液相粘度、粒徑等物性有關(guān)，也與大罐形狀和攪拌葉輪幾何形狀有關(guān)。鉆井液使用高粘度的高分子聚合物越來越多，有些鉆井液體系本身的粘度就很大，由于粘度大以及粘力的影響，在攪拌時很難形成串流而處于層流狀態(tài)。這種層流狀態(tài)也只出現(xiàn)在攪拌葉輪附近，稍遠處液體幾乎是靜止的。要解決液體的對流問題，不能單靠提高攪拌器轉(zhuǎn)速和循環(huán)流量。 因為在高粘度下攪拌葉輪排出流量甚少。轉(zhuǎn)速過高還會在高粘度液中 形成溝流，稍遠處仍為死區(qū)。此時可以通過加大葉輪自徑， 采用雙層葉輪來增大攪拌區(qū)域 。 為了 保證鉆井液中固相顆粒在罐內(nèi)的均勻懸浮，必須提供一個適中的湍流流態(tài) 、葉輪形狀、數(shù)量及轉(zhuǎn)速。其基本影響因素是葉輪的形狀與運轉(zhuǎn)參數(shù)。 各種攪拌器的形狀按攪拌器的運動方向 漿 葉表面的角度分為三類：即平葉、折葉和螺旋面葉。這里只介紹在鉆井液攪拌器中常用的 漿 式。 蝸 輪式 (屬于 平葉和折葉 )、和推進式 (居于螺旋面葉 )葉輪。 平葉的運動方向與 漿 面法線方向一致；折葉的 漿 而與運動方向成一個傾斜角 一般為 45? 或 60? ；螺旋面葉是折葉的一種特 殊情況，它的根部的。為 40~70? ，舊 漿 而端部儀為 l 7? 左右。平葉的運動方向與 漿 面垂直，當?shù)退龠\轉(zhuǎn)時，流體主要是水平環(huán)向流。增大轉(zhuǎn)數(shù)時，液體的徑向流動逐漸增大。僅靠平 漿 葉本身所形成的軸流是很弱的。由于折葉的 漿 面與運動入向成 ? 角，因此，除水平環(huán)流外．還有軸向分流。轉(zhuǎn)速逐漸增大，還會逐漸增大徑向流。螺旋葉面有水平環(huán)流、徑向流和軸向流，其中軸向流最大。 出以上分析得知，鉆井液攪拌諾的葉輪 按排液方向可分為徑向流和軸流型兩種：螺旋由 漿 葉屬于軸向流型，而折葉式 漿 葉則處于二者之間，但更接近軸向流型。 這里要持別指出的是，不管何種葉型，當液體粘度較低時，都將隨著轉(zhuǎn)速的變大，其流態(tài)逐漸內(nèi)層流到過濾流到湍流。在湍流狀態(tài)下．平葉 漿式攪拌軸附近將形成 一個西南石油大學畢業(yè)設計（論文） 20 旋 渦 ，中心液面向下，成漏斗狀，液體表面成回轉(zhuǎn)拋物面。旋渦 中心的液體幾乎與攪拌軸同步，形成一個圓柱狀回轉(zhuǎn)區(qū)，在低粘度情況下．其直徑大約為 漿 徑的 70％。這個區(qū)域內(nèi)液體沒有相對運動．所以混合、懸浮很不好。攪拌時不希望在循環(huán)內(nèi)出現(xiàn)過大的旋 渦 ，旋 渦 過大說明轉(zhuǎn)數(shù)過高．這 給我們判斷轉(zhuǎn)速是否合適提供了根據(jù)。 攪拌葉輪循環(huán)流量的計算 為了研究攪拌器的功能，要研究 漿 葉與宏觀液流、微觀液流飛關(guān)系，它們反應出漿 葉的排出性能與剪切性能。各種 漿 葉因其形狀、運轉(zhuǎn)形狀的不同而各具有不同的排出流量 。徑向型 漿 葉在一定轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)，自 漿 葉面處排出高速液流，使周圍靜止或低速流卷入其中，在罐內(nèi)形成循環(huán)流。軸流型排出軸向流，對周圍液體也有吸引挾帶作用。這種循環(huán)流如圖所示。圖中 漿 葉排出量 為 dQ ． 吸引挾帶量力 tQ ， 總的循 環(huán)流量為 Qc。 罐內(nèi)液體形成的循環(huán)流動遍及全罐。通過 漿 葉排出液體，將 漿 葉的能量傳遞到全罐各處，同時也使各處液體順次流到只有強烈 攪拌作用的 漿 葉附近。因此，葉輪的排出性能對攪拌過程是非常重要的。 計算 公式 如下： 3fQd dnNQd ??? (35) 3fQc dnNQ c ??? (36) (37) 50e ed ??? R RNN (38) (39) (310) 式中： dQ —— 排出流量， s/m3 cQ —— 循環(huán)流量， sm/3 cd NN ,—— 分別為排出流量數(shù)及循環(huán)流量數(shù) n —— 攪拌器轉(zhuǎn)速 fd —— 攪拌 漿 葉 直徑 80??? e e R RNN ???????????????????????????fffQ dHDddbzN ???????????????????????????fffQ dHDddbzN泥漿攪拌器設計 21 b —— 液 漿 寬度 D —— 大罐寬度 K—— 漿 型系數(shù) H—— 液體深度 Z—— 葉片數(shù) eR —— 雷諾數(shù) udn fe ??? ?R (311) 式中： —表面粘度—? —密度—? 表 33 漿 葉系數(shù)： 漿型系數(shù) 平漿、平直葉開式 蝸 輪 平直葉圓盤 蝸 輪 后彎 葉開啟 蝸 輪 K 以上公式的嚴格應用條件是： ① 集合尺寸的相對關(guān)系是： ?Df ?? fdb ?DC 式中， C為 漿 葉離罐底的距離。 ② 罐內(nèi)為湍 流流態(tài)。 對于長方體鉆井液循 環(huán)罐及其介質(zhì)流態(tài)，可以近似的認為滿足上述條件。 西南石油大學畢業(yè)設計（論文） 22 圖 32 攪拌時罐內(nèi)的液體流向 攪拌葉輪幾何尺寸及層數(shù)計算 從攪拌器的功能可以知道， 漿 葉的大小不是任意決定的，它可以