卧式螺旋离心机采用变频调速技术的优越性

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摘 要：本文结合现场实际应用，从分析卧式螺旋离心机的结构原理入手，进而举例阐述了变频调速技术在卧式螺旋离心机使用上的优越性，以飨读者。本文只是个人观点，不妥之处，敬请各位专家读者批评指正。

关键词：卧式螺旋离心机 ； 变频调速技术 ； 优越性

中图分类号：TP27 文献标识码：A

1概述

卧式螺旋离心机是石油钻井过程中不可或缺的固控设备，尤其是海外国际合作钻井项目。随着石油钻井技术的进步和环保意识的提高，对石油钻井固控系统提出了更高的要求，主要体现在以下三个方面：

A油气勘探开发业主希望使用更清洁的泥浆钻井以保护油气层，从而获得更高的油气产量。

B涡轮螺杆钻井工艺的应用对泥浆的清洁性提出了更高要求。

C废弃泥浆的处理将越来越受到重视，而处理废弃泥浆主要就是尽可能地分离其中的固相和液相。

2结构及工作原理

2.1机械结构

主电机上装有皮带轮带动滚筒上的皮带轮，驱动滚筒旋转，滚筒支承在2个主轴承上，滚筒内装有螺旋推进器，螺旋推进器通过轴承支承在与滚筒同心的轴上，可以相对滚筒旋转，滚筒大端装有差速器，它是一个行星齿轮减速机构，差速器右端的输入轴上装有皮带轮，通过辅机皮带轮的传动，为差速器提供一个输入转速。

离心机的滚筒总成装在一个不锈钢制箱体内，箱体分为2个隔仓，左隔仓收集离心机排除的液相，右隔仓收集离心机排除的固相。

2.2工作原理

2.2.1离心机的分离原理

泥浆中固相和液相的分离过程是在滚筒中完成的。离心机的分离原理是利用滚筒的高速旋转带动进入滚筒中的泥浆高速旋转，泥浆被甩到筒壁上形成一个液圈，液圈中的固相颗粒由于受到大于自身重力几百倍甚至几千倍的离心力的作用，就克服泥浆粘度的阻力快速沉降到滚筒的内壁上，形成固相层，液体形成液相层。液圈中的固相颗粒所受的离心力与自身的重力的比值称为离心机的分离因数，它是衡量离心机分离性能的重要参数。

2.2.2离心机的推渣原理

离心机的推渣工作是由螺旋推进器完成的，在差速器的作用下，螺旋推进器与滚筒形成一定的转速差，于是已沉降到滚筒内壁上的固相颗粒就被从筒壁上刮下，被螺旋叶片逐步推向滚筒小端，并在推进过程中脱水，最后到达排砂喷嘴，被甩出滚筒。

2.2.3差速器的工作原理

差速器实际上是一个二级行星齿轮减速机，它的外壳内加工有内齿，外壳随滚筒旋转，左端的皮带轮带动输入轴上的1级太阳轮旋转，1级太阳轮通过1级行星轮与外壳上的内齿啮合，这样外壳的转速与输入齿轮轴的转速合成为一级转臂的转速由2级太阳轮输出到第2级，第2级的传动原理与第1级相同，最后通过输出轴带动螺旋推进器旋转。

2.2.4差速器安全装置的工作原理

为了在离心机过载时保护差速器不被损坏，在差速器的左端设有安全装置，在齿轮轴上装有安全销，由皮带轮传来的动力通过牙嵌传给离合器拨盘，再传给凸轮，凸轮通过安全销将动力传给齿轮轴。当扭矩超过安全销的强度时，安全销会被剪断，从而使传动脱开，起到安全保护作用。注：由于变频器的过载保护比较可靠，在变频型高速离心机上没有装限位开关。

3 变频调速技术的提出

3.1变频技术的优越性

近几年变频器作为一种工业控制设备在不断更新发展，各行各业有着广泛的应用。随着电力电子技术、变频控制理论、微机控制技术的不断成熟，变频器的性能不断完善、功能也不断增强：如多段速、可编程自动运行、通讯功能等，这使用得变频器能适应多种应用场合。根据离心机的生产工艺，可采用变频器的多段速功能控制来实现，另外变频器一般都带有内置制动单元或外部制动单元，这可解决离心机在停车时因惯性大造成停车困难的问题。

3.2变频驱动结构

有双机变频驱动、单机变频驱动两种驱动方式。

A采用双机变频，主、辅机分别有交流变频器驱动，加上PLC后可随时任意调整转鼓转速、螺旋推进器转速、螺旋推进器与转鼓的转速差，这种机型可很好地适用于各种性能的泥浆和不同的泥浆处理要求。

B单机变频驱动：主机用交流变频器驱动，辅机直接用交流电驱动，主机转速可任意调整，辅机转速不可调，差速不可调。这种驱动方式的优点是结构简单，变频器价格较低。

3.3制动单元的应用

离心机为大惯性负载，采用变频器控制时都要求增加制动单元才能满足要求，但三晶变频器15KW及15KW以下的内置制动单元，这样不仅为用户节省了安装空间，同时更节省了成本。由电机的运行特性知道，当电机的实际转速高于同步转速时，电机运行在发电机状态，当离心机开始停机时，变频器的输出频率开始按减速时间下降，由于负载惯性离心机此时转速变化不大，造成电机实际转速高于同步转速，电机处于发电制动状态，由变频器的主回路知道，此时电机侧反馈回的能量将通过逆变回路的续流二极管D1-D6反馈到直流回路的滤波电容C1、C2上，这时变频器的母线电压Ud会升高（即泵升电压），过高的泵升电压将使变频器出现过压保护，甚至会损坏变频器，为此，必须加装制动组件，当制动单元控制回路检测到直流母线电压达到一定值时控制其开关管IGBT开通，制动电阻RB接到回路中，将电机的反馈的制动能量消耗在电阻上，以维持正常的母线电压Ud。

3.4调试注意问题

根据离心机负载特性，在调试时应注意：

（1） 离心机负载起动转矩要求较高，可能出现起动困难的情况，这时可适当提升变频器的转矩补偿值，SAJ-8000-G系列F009设定参数为3，但起动转矩补偿不可太大，否则可能出现过流（故障代码为O.C.）、过载（故障代码为O.L.）等报警，若在加速中出现过流报警应适当延长加速时间；

（2） 离心机惯性大，若要变频器按减速时间停车，必须加装制动单元，其制动电阻的选择变频器说明手册上都有，可根据操作手册选择，正常工作时制动电阻会因消耗能量而发热，可适当放大电阻的功率和制动动作时间。

（3） 一般离心机安装在操作现场，多台变频器集中置于控制室内，如果现场与离心机距离超过变频器的允许范围应采相应的处理措施，如合理分布主回路线与控制线、加装输出电抗器或滤波器，以防变频器输出电压的衰减，或考虑加大变频器的容量。

结语

离心机采用变频调速可以根据不同工艺要求进行调速，根据泥浆密度的不同可方便地选择多段速运行，同时采用变频控制实现电机的软启动，减少对电网的冲击，变频器具有过流、过载、过压等丰富的保护功能，当负载或电机出现异常时，变频器因故障停机并快速封锁输出，这样可及时保护电机。

参考文献

[1]卧式螺旋离心机的性能及工作原理[Z].

[2]三晶SA-J8000 系列变频器[Z].