Модернизация спирального гидроциклона СГМ-ТПИ (стр. 4 из 6)
Разработанный на кафедре техники и разведки ТПУ малогабаритный спиральный гидроциклон имеет ряд существенных преимуществ перед серийно выпускаемыми гидроциклонами:
- простота конструкции, регулировки, эксплуатации, монтажа, высокий ресурс работы;
- высокая степень очистки раствора от абразивных и недиспергированных глинистых частиц – 0.2%;
- незначительные потери промывочной жидкости через песковую насадку – до 2-3%;
- отсутствие автономного насоса и привода.
Назначение и устройство гидроциклона
Спиральный гидроциклон СГМ-ТПУ предназначен для промывочных жидкостей от
песка, грубодисперсных частиц поступающих в раствор вместе с глиной, и частиц выбуренной породы, которыми раствор обогащается в процессе бурения скважин.Гидроцклон СГМ-ТПУ состоит из корпуса 7, с питающим штуцером 6, шнековой спирали 9, со сливным патрубком 8 для вывода очищенного раствора, конуса 2, заканчивающегося песковой насадкой 1 и регулировочными кольцами 3, 4, 5. Питающий штуцер 6 приварен касательно к корпусу 7. Кольцо 5 используется при производительности очистки 200-220 л/мин, при этом кольца 4, 3 – извлекаются. Кольца 4,5 ставятся при расходе 160 л/мин. Все три кольца 3,4,5 ставятся при расходе 100 л/мин. Для снижения износа колец песковой насадки их следует изготавливать из износостойких материалов.
Рис. 8. Спиральный гидроциклон СГМ-ТПУ
Принцип работы спирального гидроциклона СГМ-ТПУ
Принцип действия любого гидроциклона заключается в следующем. Исходная пульпа (раствор) подается в гидроциклон через питающую насадку, установленную по касательной к боковой поверхности цилиндрической части непосредственно под крышкой. Продукты классификации (твердая фаза и раствор) разгружаются соответственно через песковую насадку и сливной патрубок, расположенные по оси гидроциклона. Поток жидкости идет по спирали вдоль стенок конуса к песковой насадке, через которую выходит только часть общего потока. Гидроциклон быстро заполняется вращающейся жидкостью и вдоль его оси образуется вращающийся поток. При вращении пульпы шлам, песок и недиспергированные глинистые частицы за счет центробежных сил отбрасываются в периферийную зону, то есть к стенкам корпуса гидроциклона. Вблизи оси гидроциклона центробежная сила становится настолько большой, что жидкость разрывается, образуется воздушной ядро (вихревой шнур), имеющее вид воздушного столба. При нормальных условиях (достаточном давлении на входе, открытых разгрузочных отверстиях) воздушный столб возникает по всей высоте гидроциклона, соединяя по оси сливной патрубок и песковую насадку. Внешний вращающийся поток вместе с продуктами сепарации уходит через песковую насадку, основной внутренний поток поднимается вдоль воздушного столба и разгружается через сливной патрубок в емкость с очищенным раствором.
С учетом условий курсового задания не рентабельно применять выше приведенный гидроциклон, так как он не отвечают современному уровню развитию техники и не может вести к дальнейшему прогрессу.
Предлагается использовать спиральный малогабаритный гидроциклон
СМГ-С так как:
• для привода гидроциклона СМГ-С не требуется дополнительного
привода и насоса;
• гидроциклон СМГ-С имеет малые размеры;
• гидроциклон СМГ-С обеспечивает необходимую тонкость очистки
промывочной жидкости, даже при бурении в абразивных породах;
• применение гидроциклона СМГ-С не приводит к большим
энергозатратам.
• гидроциклон СМГ-С, с учетом упрочнения, имеет средний ресурс до
списания 2000 часов.
1.5. Выбор принципиальных схем и способов компоновки гидроциклона СМГ-С:
1.5.1.Износ изделия
Пульпа, вращающаяся в гидроциклоне с большой скоростью, оказывает истирающее действие на его стенки. Наибольшему износу подвергается нижняя часть гидроциклона вблизи штуцера , на который действую наиболее крупные фракции твердой фазы пульпы при большой концентрации. Сильному истирающему действию подвергается так же питающий патрубок, шнековая спираль и стенки цилиндрической части циклона, в месте на которое попадает с большой скоростью струю питания из патрубка.
Сливной патрубок и стенки конической части, примыкающие к цилиндрической части, подвергаются меньшему износу. Износ тем более, чем крупнее и абразивнее твердая фаза пульпы. На истирающее действие, оказываемое пульпой на стенки циклона во время работы, влияют следующие факторы:
- Минералогический состав твердой фазы пульпы и форма зерен.
Чем больше твердость обрабатываемых частиц пульпы и чем острее кромки зерен, тем истирающее действие, оказываемое ими на стенки циклона, сильнее;
- Крупность частиц твердой фазы и плотность пульпы.
Чем крупнее частицы и чем больше их в пульпе, тем больше истирающее действие;
- Давление пульпы внутри гидроциклона.
С увеличением давления соответственно возрастает сила, с которой действуют зерна, вращающиеся в циклоне, на его стенки. Поэтому давление оказывает очень большое давление на степень износа гидроциклона;
- Скорость движения пульпы.
Изменение скорости движения пульпы в гидроциклоне связано обычно с изменением давления на входе, а так же с отдельными параметрами циклона. Чем выше скорость, тем сильнее истирающее действие.
Для того, чтобы гидроциклон СМГ-С обеспечивал требуемый ресурс работы до списания, предлагается упрочнить это изделие.
1.5.2.Обзор способов упрочнения
В связи с ускоренным развитием техники крайне актуальными стали вопросы повышения надежности и долговечности деталей машин и установок, повышения их качества и эффективности работы в экстремальных условиях, связанных с абразивным износом, коррозионным воздействием и другими факторами.
Изменить свойства поверхности в необходимом направлении можно различными способами. Их можно условно разделить на два вида:
- нанесения на поверхность нового материала с необходимыми свойствами;
- изменение структуры поверхностного слоя металла, обеспечивающего желаемые изменения свойств.
В первом случае применяют такие хорошо известные покрытия как, гальванические, химические, наплавочные и др.
Во втором случае поверхностные слои металла подвергают поверхностному пластическому деформированию (ППД), либо преобразуют химическим путем, либо диффузионным насыщением, т. е. методами химико-термической обработки, а так же новыми методами электронно-лучевой и лазерной обработки.
Лазерная и электронно-лучевая обработка материалов
Поверхностное упрочнение деталей лучом лазера характеризуется рядом преимуществ, а именно:
- упрочнение деталей в местах их износа с сохранением свойств материала в остальном объеме;
- твердость при этом превышает на 15 - 20% твердость после термообработки существующими способами;
- созданием «пятнистого» поверхностного упрочнения значительных площадей, при котором не образуется сплошного хрупкого слоя, склонного к растрескиванию, деформированию, отслаиванию и т.д.;
-получение заданных свойств (механических, химических и др.) обрабатываемых поверхностей деталей путем их легирования различными элементами с помощью излучения лазера;
- отсутствие деформаций обрабатываемых деталей, обусловленных локальностью воздействия.
Широкое внедрение лазерного упрочнения в различные отрасли машиностроения обуславливается рядом благоприятных факторов:
- наличием серийного лазерного высокопроизводительного оборудования как импульсного, так и непрерывного действия;
- сравнительной простотой процесса, несложным подбором технологических режимов обработки;
- большой технико-экономической эффективностью, определяемой достоинствами лазерной термообработки и др.
Остановимся более подробно на некоторых методах лазерной обработки
Лазерная закалка
При воздействии лазерного излучения тонкий поверхностный слой подвергается термообработке. Высокие скорости нагрева (до 105 -106 С/с) и охлаждения (до 108 С/с) приводят к образованию метастабильных фаз перенасыщенных твердых растворов; может возникнуть аморфная структура – структура металлических стекол, обладающая высокой коррозийной стойкостью и износостойкость.
По сравнению с обычной закалкой, лазерная закалка дает большой эффект.
За рубежом термообработку с помощью CO2 – лазеров мощностью до 15 кВт применяют в серийном производстве автомобилей:, в авиастроении и в машиностроении.
Лазерное легирование
Улучшить эксплуатационные свойства металлов, в том числе износостойкость, можно с помощью лазерного легирования, сущность которого заключается в расплавлении участка поверхности металла вместе с добавляемыми легирующими элементами, предварительно нанесенными не обрабатываемый участок.
По сравнению с известными способами упрочнения (азотирование, борирование, напыление и др.) модификация поверхности легированием при локальном лазерном нагреве и высоких скоростях плавления и кристаллизации обладает целым рядом преимуществ:
- экономией легирующих элементов;
- минимальным объемом финишных механических обработок;
- достаточно хорошей контролируемостью процесса;
- высокой скоростью процесса и высоким качеством изделия и др.