Резонансное сито

Изобретение относится к устройствам для очистки бурового раствора и может быть использовано в нефтяной и газовой отраслях промышленности. Резонансное сито содержит станину, раму, установленную с помощью амортизаторов, закрепленные на раме ситовые полотна, устройство изменения угла наклона рамы, подающий желоб, вибратор, установленный на балке, прикрепленной к раме. Балка выполнена в виде упругой конструкции, жесткость которой относительно рамы вместе с жесткостью амортизаторов в направлении вектора колебаний рамы и масса рамы связаны соотношением: С+ Са·n/M=ω², где С - жесткость балки относительно рамы в Н/м; Са - жесткость амортизатора в Н/м; n - количество амортизаторов в шт; M - масса рамы в кг; w - резонансная угловая частота колебаний рамы в рад/с; причем балка присоединена к раме в нижней ее части с помощью вертикальных стоек, имеющих повышенную жесткость в направлении вектора колебаний рамы и выполненных с возможностью деформирования в горизонтальном направлении вместе с концами балки, вибратор подключен к питающей сети через преобразователь частоты, выполненный с возможностью изменения частоты электрического тока. На раме установлен датчик колебаний, соединенный с устройством управления преобразователем частоты, выход которого соединен с каналом управления преобразователя частоты, а устройство управления преобразователем частоты выполнено с возможностью работы в двух режимах: режиме ручной настройки колебаний рамы и режиме автоматического поддержания заданных колебаний рамы. Технический результат - повышение стабильности поддержания заданного значения виброускорения рамы резонансного сита. 2 ил.

 

Изобретение относится к устройствам для очистки бурового раствора и может быть использовано в нефтяной и газовой отраслях промышленности.

Известно вибросито по А.С. СССР 848084, В 07 В 1/40, Е 21 В 21/00, включающее станину, раму, установленную с помощью амортизаторов на станину и снабженную вибратором, два последовательно расположенных ситовых полотна, закрепленных на раме, причем разгрузочный конец первого ситового полотна расположен над загрузочным концом второго полотна, установленного наклонно в сторону разгрузки материалов под углом 5°, первое ситовое полотно установлено наклонно в сторону загрузки материалов с возможностью изменения угла наклона от 0 до 10°, при этом рама снабжена механизмом регулировки угла наклона первого ситового полотна.

Известно сито вибрационное с линейными колебаниями СВ1Л, которое имеет подобное устройство и применяется в РФ в массовом порядке. Это сито производится в настоящее время ОАО "Краснодарский завод "Нефтемаш" и другими производителями по ТУ 39-0147001-145-96 (см. также Каталог продукции НПО "Техойл", М., 2003 г.). В соответствии с требованиями указанного ТУ сито СВ1Л обеспечивает амплитуду колебаний рамы вибрирующей, равную 2 мм (с учетом допуска амплитуда может колебаться в пределах от 1,7 до 3,0 мм), при частоте колебаний рамы в пределах от 23 до 25 Гц.

Известно вибросито двойного действия Mongoose компании Swaco, содержащее станину, раму, установленную с помощью амортизаторов на станину и снабженную двумя вибраторами, закрепленные на раме ситовые полотна, механизм изменения угла наклона рамы, подающий желоб, при этом основной вибратор направленных колебаний состоит из двух вибраторов круговых колебаний, а дополнительный вибратор представляет собой вибратор круговых колебаний и выполнен с возможностью включения во время перегрузки вибросита, вибраторы установлены на балке, прикрепленной к боковинам рамы (см. Mongoose Shaker. Dual - Motion Shaker. Swaco, A Division of M - I L.L.C., A Smith/ Schlumberger Company, Houston, Texas, 2001).

Известно вибросито Flo - Line Cleaner 2000 фирмы Derrick, оснащенное вибраторами повышенной мощности (вибраторы Super G со встроенной системой смазки), что позволило поднять виброускорение рамы до 7,3 G (G - ускорение свободного падения, G=9,81 м/с²). Благодаря этому данное вибросито является в настоящее время самым мощным по пропускной способности (см. проспект "Вибросито Flo - Line Cleaner 2000". Derrick Equipment Company, Oiltools (Europe) Limited, 2000).

Общим недостатком указанных аналогов является то, что они работают в режиме вынужденных колебаний в области частот, далекой от резонанса. Вследствие этого колеблющиеся рамы указанных устройств подвергаются воздействию вынуждающей силы, которая многократно превышает значение вынуждающей силы, требующейся при работе в режиме поддержания резонансных колебаний. Это приводит к значительному повышению металлоемкости рамы, мощности вибраторов, получению при использовании серийно выпускаемых вибраторов низких значений виброускорения рамы, - главного вибрационного параметра сита, определяющего пропускную способность и эффективность очистки бурового раствора. Кроме того, важным недостатком указанных устройств является отсутствие возможности регулирования виброускорения рамы без остановки сита и разборки узлов вибраторов для перестановки дебалансов.

Задачей изобретения является повышение стабильности поддержания заданного значения виброускорения рамы резонансного сита.

Решение указанной задачи достигается тем, что резонансное сито включает станину, раму, установленную с помощью амортизаторов, закрепленные на раме ситовые полотна, устройство изменения угла наклона рамы, подающий желоб, вибратор, установленный на балке, прикрепленной к раме, при этом балка выполнена в виде упругой конструкции, жесткость которой относительно рамы вместе с жесткостью амортизаторов в направлении вектора колебаний рамы и масса рамы связаны соотношением

где C - жесткость балки относительно рамы в Н/м;

Ca - жесткость амортизатора в Н/м;

n - количество амортизаторов в шт;

M - масса рамы в кг;

ω - резонансная угловая частота колебаний рамы в рад/с;

причем балка присоединена к раме в нижней ее части с помощью вертикальных стоек, имеющих повышенную жесткость в направлении вектора колебаний рамы и выполненных с возможностью деформирования в горизонтальном направлении вместе с концами балки, вибратор подключен к питающей сети через преобразователь частоты, выполненный с возможностью изменения частоты электрического тока, на раме установлен датчик колебаний, соединенный с устройством управления преобразователем частоты, выход которого соединен с каналом управления преобразователя частоты, при этом устройство управления преобразователем частоты выполнено с возможностью работы в двух режимах: режиме ручной настройки колебаний рамы и режиме автоматического поддержания заданных колебаний рамы.

Применение предложенной совокупности существенных признаков в резонансном сите позволяет получить новый технический результат: повысить в сравнении с аналогами стабильность поддержания заданного значения виброускорения рамы резонансного сита.

Анализ уровня техники в области вибрационных устройств для очистки растворов показал, что предложенная в резонансном сите совокупность существенных признаков является новой, явным образом не следует из уровня техники и таким образом предлагаемое изобретение является новым и имеет изобретательский уровень.

Сущность изобретения поясняется рисунками, при этом на фиг.1 изображен общий вид резонансного сита, на фиг.2 - вид по А. Резонансное сито содержит станину 1, раму 2, которая установлена на станине с помощью амортизаторов 3 и снабжена вибратором 4. На раме закреплены ситовые полотна 5. На станине установлены устройство изменения угла наклона рамы 6 и подающий желоб 7. Упругая балка 8 соединена с вертикальными стойками 9. Обмотки вибратора подключены к выходу преобразователя частоты (ПЧ) 10. На раме установлен датчик 11, выход которого подключен к входу устройства управления преобразователем частоты (УУПЧ) 12. Выход УУПЧ подключен к каналу управления ПЧ.

Резонансное сито работает следующим образом. При подаче напряжения питания на обмотки вибратора 4 он возбуждает вынужденные колебания рамы 2 на упругой балке 8, связывающей через стойки 9 раму с источником силы инерционной природы, т.е. с вибратором 4. Включив УУПЧ 12 в режим ручной настройки, изменяют частоту электрического тока и, следовательно, угловую частоту вынуждающей силы, создаваемой вибратором. Настроив угловую частоту вынуждающей силы на резонансную угловую частоту колебательной системы: станина 1 - амортизаторы 3 - рама 2 - балка 8 - стойки 9 - вибратор 4, подбирают амплитуду вынуждающей силы, при которой достигается требуемое максимальное значение виброускорения рамы. Вибратор настраивают на выбранное значение амплитуды вынуждающей силы. На этом заканчивается подготовка резонансного сита к работе. При эксплуатации резонансного сита сначала в режиме ручной настройки УУПЧ изменяют угловую частоту вынуждающей силы в области частот восходящей части резонансной кривой и настраивают резонансное сито на требуемый режим колебаний в соответствии со свойствами бурового раствора, поступающего на ситовые полотна. После этого УУПЧ переключают в режим автоматического поддержания заданных колебаний рамы.

Данное резонансное сито позволяет повысить в сравнении с прототипом стабильность поддержания заданного значения виброускорения рамы за счет обратной связи по сигналу датчика колебаний.

Пример. Сравнивали стабильность поддержания заданного значения виброускорения рамы резонансного сита, выполненного по совокупности существенных признаков прототипа (вариант А) и по совокупности существенных признаков предлагаемого изобретения (вариант Б). Резонансную угловую частоту колебаний рамы ω определяли для следующих данных: масса рамы без бурового раствора М=800 кг, жесткость упругой балки относительно рамы С=6000·10⁴ H/м, жесткость амортизатора Са=10·10⁴ Н/м, количество амортизаторов n=4 шт. Расчет ω производили по формуле для ω², приведенной выше в данном описании. Получено, что ω² =75500(рад/с)². Следовательно, ω=275 рад/с. Изучение данных из практики бурения показало, что максимальная масса бурового раствора, находящегося на ситовых полотнах, может быть принята равной 50 кг. Увеличив массу рамы на эту величину, получили по вышеуказанной формуле резонансную угловую частоту колебаний рамы ω₁ для случая максимальной колеблющейся массы ω₁=267 рад/с. Таким образом, максимальное отклонение резонансной угловой частоты Δω составляет Δω =275-267=8 [рад/с]. При этом относительное отклонение Δω_отн составляет Δω_отн=3%. Несмотря на то что относительное отклонение имеет весьма незначительную величину, эксперименты показали, что при изменении угловой частоты колебаний вынуждающей силы на указанную величину отклонение виброускорения рамы достигает 40% (вариант А). Для варианта Б экспериментально установлено, что стабильность поддержания заданного значения виброускорения составляет 10%, что вполне соответствует требованиям технологии очистки буровых растворов. Изложенный пример показывают, что предлагаемое изобретение промышленно применимо.

Резонансное сито, включающее станину, раму, установленную с помощью амортизаторов, закрепленные на раме ситовые полотна, устройство изменения угла наклона рамы, подающий желоб, вибратор, установленный на балке, прикрепленной к раме, при этом балка выполнена упругой, жесткость которой относительно рамы вместе с жесткостью амортизаторов в направлении вектора колебаний рамы и масса рамы связаны соотношением

где С - жесткость балки относительно рамы, Н/м;

Са - жесткость амортизатора, Н/м;

n - количество амортизаторов, шт;

M - масса рамы, кг;

ω- резонансная угловая частота колебаний рамы, рад/с,

причем балка присоединена к раме в нижней ее части с помощью вертикальных стоек, имеющих повышенную жесткость в направлении вектора колебаний рамы и выполненных с возможностью деформирования в горизонтальном направлении вместе с концами балки, вибратор подключен к питающей сети через преобразователь частоты, выполненный с возможностью изменения частоты электрического тока, при этом на раме установлен датчик колебаний, соединенный с устройством управления преобразователем частоты, выход которого соединен с каналом управления преобразователя частоты, а устройство управления преобразователем частоты выполнено с возможностью работы в двух режимах: режиме ручной настройки колебаний рамы и режиме автоматического поддержания заданных колебаний рамы.