搅拌器的构成

9.1.2机械式搅拌器的构成

机械式搅拌器一般由电机、传动装置（减速器）、搅拌轴和搅拌叶轮组成。机械式搅拌器在5.5kw以下均采用摆线减速器，机械式搅拌器适用于石油钻井液的搅拌，结构紧凑、占地面积小；7.5kw以上钻井液搅拌器采用蜗轮蜗杆式减速传动，具有传递扭矩大、运转平稳、工作可靠等优点。常用钻井液搅拌器型号为JBQ5.5,JBQ7.5,JBQ11和JBQ15

1.叶轮

叶轮又称为涡轮，是将机械能转化为流体动能的零件。叶轮构造会决定叶轮的功能，一般不同储液罐的几何形状，会根据经验和习惯来选择不同样式的叶轮。较为合理的方法是由搅拌目的和形成的流态为依据来进行选择的。由于涡轮式的对流循环能力，湍流扩散和剪切力都较强，因此得到了最广泛的应用。

叶轮设计的流向可大概分为径向流和轴向流两类。叶轮可能至少有两个叶片，但用在油田钻井液中的叶轮通常有4个或更多的叶片。为满足经济性和钻井液特性的要求，叶片材料通常是不锈钢或碳钢的；叶片也可以是平叶的、折叶的或者是螺旋叶的。叶片可以被焊在一个中心圆盘上，开启式涡轮大多数叶片是在开有安装槽的轮彀上焊接而成，对于批量生产的开启式蜗轮，叶轮多采用铸造方法。

（1）径向流叶轮

当垂直安装叶轮片时将发生径向流，叶轮片与搅拌器的实心轴在一条直线上。在径向流中叶轮在罐中主要以水平的、循环的方式搅动流体。在理想情况下，流体一旦接触罐壁就会向上运动并且始终在罐中保持均匀悬浮。当单独使用时，径向流叶轮应被安放在罐底部附近，最好离罐底小于30cm。为了使罐顶部和底部都混合均匀，罐深度一般限制在大约1.83m的范围之内。径向流叶轮安装较高，将产生两个液体运动区域。若一个在叶轮上面，一个在叶轮下面，将导致有不同的搅拌效率，这种情况不利搅拌，因此，应将叶轮安装在实心轴上的经过水力学严格计算后的适当位置。

（2）轴向流叶轮

叶轮的叶片向着箱底的方向有一定的倾角，最典型的是与垂直方向成45º-60º，它以轴向流运动为主。叶片的旋转运动也促使流体做轴向流运动。轴向流叶轮从罐的顶部沿着叶轮轴吸入并推出（泵出）流体，流向罐底，然后沿底部到罐壁一周，罐壁可以驱使流体向上运动并达到罐体表面，在这里就完成了一次循环，然后又重新开始。当单独使用时，这些叶轮安装在距离底部2/3-3/4叶轮直径出。由于叶轮的旋转，流体仍然在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流体更加完全的混合。当钻井液罐深度超过1.83m，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。

由于大多数轴向流叶轮都有一个固定的叶片倾角，这样就使得叶片末梢流动更多，更少流向中心，这类叶轮泵输出量要少些，但剪切力更大。

（3）螺旋面叶轮

配置有可变螺距的叶轮称为等高线叶轮或螺旋面叶轮，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。与传统的单面叶片相比，叶轮的倾度和倾角决定了叶轮较小的切应力，这种叶轮最典型的特征是它传递给流体的剪切力更小，所以为了弄清剪切力的准确大小，就必须了解钻井液罐的用途。

从叶轮的安装方式上来说，如果为了使固相颗粒悬浮的作业通常以开启式涡轮最好。由于没有中间圆盘部分，不会阻碍桨叶上下方液相混合。弯叶开启涡轮的排出性能好，对固液相悬

浮也很适合。采用折叶浆、折叶开启涡轮、推进式都有轴向流，所以可以不用挡板。目前在国内外石油固控设备中，最常用的搅拌器叶轮只有两种，一种是开启式涡轮，一种是圆盘涡轮，很少再选用浆式和推进式，而开启涡轮式中用的最多的是平直叶片。在圆盘涡轮式中，平直片、折叶片和后弯叶片都有采用。由于开启式涡轮即使没有挡板也具有强烈的上下对流作用，因此，在较先进的钻井液搅拌器中得到了广泛的应用。

但不管使用什么型号的搅拌器和叶轮，每个配件的尺寸非常重要，一旦罐体的尺寸确定，就可以计算出叶轮直径和对应的功率需求。如果钻进使用的钻井液最大密度不清楚，一般以密度为2.4g/cm3的液体为基准，这样就可以提供足够的安全系数，能充分搅拌任何液体而不至于电机超负荷工作，大部分油田搅拌器转速在50-90r/min不等。同时，叶轮应当安装在罐底部8-15cm的位置。如果叶轮所处位置离底部太远，流体将不能彻底扫掠钻井液罐底部，因而产生死角。死角不仅减少钻井液的可用体积，从而减少有效地循环体积，而且还使重晶石或其他有用固相颗粒沉淀，增加钻井液的成本。

2.传动机构

搅拌器传动机构主要由电机、减速装置、联轴器及搅拌轴组成。在固控装备中最常用的钻井液搅拌器的形式并不多。蜗轮螺杆直接传动结构简单、传动比大、可靠性高，在钻井液搅拌器中应用最为普遍。

3.搅拌轴结构

搅拌轴是可以升降的传动结构，严格的说，在钻井过程中，搅拌器是不允许停机的。实际工作中由于诸多原因，往往达不到这一要求。搅拌器停转后，由于罐内沉砂，浆叶片可能埋在沉砂中，再一次启动十分困难。常出现叶片被憋断、电机烧损的现象。为了解决这一问题，油田通常采用搅拌轴可以升降的搅拌器。停止运转后，可将叶轮提起一定高度，一般为400-500mm,重新开机时再将叶轮逐渐下放到正常位置。

4.结构的密封问题

搅拌器可靠的密封是一个重要的问题。由于搅拌轴密封引起的漏油，不但大量浪费油料，而且污染了钻井液。旋转轴密封分为机械密封和填料密封，钻井液搅拌器的轴属于低转速、低压力，较适用的仍是填料密封，因为它具有结构简单，易于维修，可靠性高等优点。

填料密封是一种早期转轴密封结构，由于结构简单，在搅拌器中时有采用。填料密封的原理是靠压盖压力作用下，压紧填料密封盒中的填料，对搅拌轴表面产生径向压力。由于填料中含有润滑剂，因此在搅拌轴上产生一层液膜，它既润滑了搅拌轴，又能阻止设备中的润滑油漏出来。