泥浆搅拌器叶轮的分类

泥浆搅拌器被广泛应用于钻井液的地面泥浆罐中。泥浆搅拌器由驱动马达(电机)、齿轮减速器(也称变速箱)、减速器输出轴和叶轮组成。设计恰当的泥浆搅拌器能够使所有的固体颗粒悬浮均匀,剪切作用适当,与整个固控系统的钻井液泥浆性能一致,节约动力。
大部分泥浆搅拌器通过电动机驱动,在这些电机具有防爆功能,并能水平或者垂直安装【图1为卧式泥浆搅拌器(水平安装),图2为立式泥浆搅拌器(垂直安装)】。电机可能被连接到或直接安装到齿轮减速机上,减速机反过来驱动叶轮轴。叶轮则安装在离容器底部特定距离的轴上。

泥浆搅拌器上的叶轮(也成为涡轮)将机械能化为流体的运动。人们对泥浆搅拌器的叶轮进行了大量的研究,发现每个叶轮以两种方式将能量传递给流体:(1)泵吸能力。(2)剪切能力。
泥浆搅拌器的叶轮设计只能提高两个能力中的一个,而不能同时提高。通过叶轮的流体数量是他的泵排量,或输送能力;天津体彩机械进行了大量的测试来确定特定的型号和尺寸叶轮的流动特征和能力,而剪切速率则很少被预测。剪切速率被认为是与距离有关的一个速度梯度,剪切速率能够在距离泥浆搅拌器叶轮片尖端的某一点测量出,并能计算出最大值和平均值,而剪切应力是剪切速率和流体黏度的乘积。对泥浆而言,剪切应力和剪切速率几乎数值相同。然而,大部分钻井液都是非牛顿流体,因此实验和理论模型的预测和真实情况有一定的差别。泥浆搅拌器搅拌需要的剪切速率取决于很多变量,包括叶轮设计、叶片端离罐壁的距离、挡板,尤其是泥浆浓度、泥浆固相颗粒大小分布、钻井液密度、塑性黏度、静切力、屈服值等。天津体彩机械建议钻井液组分合理混合是通过流体在紊流区的涡流来实现的,它与泥浆罐内流体的边界有关。因此,泥浆搅拌器叶轮的制作必须有应知的运动曲线做基础。
泥浆搅拌器叶轮的构造取决于叶轮的功能和泥浆罐的几何形状。泥浆搅拌器叶轮设计的流向可以大概分为径向流和轴向流两类,这可以用来描述泥浆罐中泥浆的流动形态。叶轮可能烧到只有两片,但用在油田的泥浆搅拌器的叶轮通常有4个或更多 的叶片。为满足经济要求和钻井液泥浆特性,泥浆搅拌器叶轮通常是由不锈钢或碳钢制造的。泥浆搅拌器叶轮的叶片可以是平面的(图3)、有角度的(图4)、或者是波面的(图5)。泥浆搅拌器的叶片可以被焊在一个中心圆盘上(图6),或者用螺栓连接在一个带有图案的平板上,这个平板被固定在圆盘或连接器上(图7)。

卧式泥浆搅拌器

图1:卧式泥浆搅拌器

立式泥浆搅拌器

图2:立式泥浆搅拌器

1、泥浆搅拌器叶轮分类之径向流叶轮

垂直安装泥浆搅拌器叶轮片时发生径向流,也就是说,叶轮片与泥浆搅拌器的实心轴在一条直线上(图8).在径向流中,叶轮在罐中主要以水平的、循环的方式搅动泥浆。在理想的情况下,马克一旦接触罐壁就会向上运动并且始终在泥浆罐中保持均匀悬浮。当单独使用时,泥浆搅拌器的径向流叶轮应当被安装在罐底部附近,最好离灌底小于12英寸(大约30厘米)。为了使用泥浆罐顶部和底部都混合均匀,泥浆罐深度必须限制在大约6ft(1.83m)的范
围内,径向流液流安装稍高,产生两个泥浆运动地带,一个在泥浆搅拌器叶轮的上面,一个在泥浆搅拌器叶轮的下面,上层和下层共有一个边界,因此显示出不同的搅拌效率。这种情况应当避免,并且应强调实心轴上叶轮所需要安装的适当位置。

泥浆搅拌器水平叶轮

图3:泥浆搅拌器水平叶轮

泥浆搅拌器有角度叶轮

图4:泥浆搅拌器有角度叶轮

2、泥浆搅拌器叶轮分类之轴向流叶轮

泥浆搅拌器的叶片向着泥浆罐灌底的方向有一定的倾角,最典型的是与垂直方向成45度~60度(见图4),泥浆搅拌器叶轮以轴向流运动为主。泥浆搅拌器叶片的旋转运动也促进流体做轴向流运动。轴向流的泥浆搅拌器叶轮从泥浆罐罐侧,罐壁可驱使流体向上运动并到达泥浆罐泥浆的表面,在这里就完成了一次循环,容纳后又重新开始。单独使用时,泥浆搅拌器叶轮安装在距离泥浆罐底部2/3~3/4叶轮直径处。由于叶轮的旋转,泥浆仍然在泥浆罐中以
径向流形式运动。绝大多数情况下,径向运动和轴向运动的结合使泥浆更加完全的混合。当泥浆罐深度超6ft(1.83米),就需要另外一些型号的轴向流叶轮,并且要求每个实心轴上有两个或两个以上的叶轮。

大多数轴向流的泥浆搅拌器叶轮都有一个固定的叶片倾角(见图4),这样就使得叶片末梢流动更多,更流向中心,这类泥浆搅拌器的功率输出量要小些
,但剪切力更大。

泥浆搅拌器有角度叶轮

图5:泥浆搅拌器有角度叶轮

泥浆搅拌器有角叶片

图6:泥浆搅拌器有角叶片

泥浆搅拌器波面叶片

图7:泥浆搅拌器波面叶片

3、泥浆搅拌器叶轮分类之波面叶轮

配置有可变螺距的泥浆搅拌器叶轮(见图5),被称为等高线叶轮或波面叶轮,它同时促使径向流和轴向流类型达到一个更高或更低的程度。与传统的单面叶轮相比,泥浆搅拌器叶轮的倾度和倾角决定了泥浆搅拌器叶轮较小的切应力,这种搅拌器叶轮最典型的特征是它传递给泥浆的剪切力更小,所以为了弄清剪切力的准确大小,就必须了解泥浆罐的使用。这种叶轮的设计月飞机螺旋推进器接近。

泥浆搅拌器径向流

图8:泥浆搅拌器径向流

泥浆搅拌器轴向流

图9:泥浆搅拌器轴向流