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涡轮流量计常见故障及异响的分析


文章日期:2017-08-12|阅读数:


  摘要:涡轮流量计是固井作中不可缺少的工具,由于使用过程的不可性,往往会出很多。针对流量在固井作中出的行分析,并送器在使用过程中出的特殊响声做了致研究,***找到了问题的症所在,提出性的改措施,器的使用和后期提供建性意,有效保障了器在固井作过程中的良好表。

1、概述:
   涡轮流量计是固井作业中技术人员的“耳目”,为判断井下、地面施工情况提供科学依据。根据它可以确定注水泥浆量和顶替钻井液排量,起到预防憋泵、保障安全和提高顶替效率的作用。在注水泥浆过程中,涡轮流量计能测定出注水泥浆的瞬时排量和累计总量,可以有效防止水泥返高不足的情况发生。在顶替钻井液的过程中,它能测定出顶替钻井液的瞬时排量和累计总量 可以防止留水泥塞事故发生

  涡轮流量计由涡轮变送器和二次仪表组成,当被测液体经过涡轮变送器时,涡轮变送器内的叶轮借助,液体的动能旋转 。此时 叶轮叶片使检出装置中的磁路磁阻发生周期性变化,在检出线圈两端感应出频率与流量成正比的电脉冲信号,经放大器放大后通过数据线传输给二次仪表
 
2、仪器常见故障分析与解决方法:
    表 1  仪器常见故障与解决方法  
故障现象   可能原因 解决方法
       
打开开关后仪 ( 1) 仪器没电或保险丝熔断 ( 1) 接通电源或更换保险丝
器无反应 ( 2) 仪器自身有问题 ( 2) 检修仪器
       
显示 仪 表 对 ( 1) 放大器与放大器座接触不好,或者放大器的磁头磁性弱 ( 1) 重新插好放大器,并且擦拭干净
“校验 ”信号 ( 2) 放大器有故障或损坏 ( 2) 更换放大器
  ( 3) 信号线插头与放大器接触不好或者信号线插头不干净 ( 3) 将信号线插头仔细擦拭干净
有显示但对流 ( 4) 信号传输线开路或短路 ( 4) 维修或更换信号传输线
量信号无显示    
  ( 5) 叶轮被杂物卡住或叶轮偏离水平中心线,无法转动 ( 5) 更换涡轮变送器
       
  ( 1) 实际流量超出仪表的计量范围或流量不稳定 ( 1) 使被测流量与涡轮变送器的测量范围相适
  ( 2) 仪表系数 K 设置有误 应,并稳定流量
仪器显示数值 ( 3) 叶轮挂上纤维等杂质 ( 2) 使系数 K 设置正确
不稳: 计量不 ( 4) 泥浆内有气泡存在 ( 3) 清洗涡轮变送器
准确,偏差大 ( 5) 涡轮变送器旁有较强的电磁场干扰 ( 4) 待稳定后取测量值
  ( 6) 涡轮变送器导向架及轴严重磨损,或者橡胶轴承破裂无法支撑轴在水  ( 5) 尽量远离干扰源或采取屏蔽措施
   
  平线上转动 ( 6) 更换“导向架”或“叶轮轴”“橡胶轴承”
  ( 7) 涡轮变送器电缆屏蔽层或其他接地导线与线路地线断开或接触不良 ( 7) 接好信号线,或者更换信号线


3、涡轮流量计使用时出现的异常响声分析:
由于涡轮变送器使用时叶轮在不锈钢壳体内部做高速旋转,只能从排量的变化以及产生的响声判断其是否正常工作,而响声产生的原因主要有以下几点: 一是前导向架未固定住; 二是橡胶轴承变形或破裂 三是轴与钢珠弹子的间隙不合适 。
 
3. 1、前导向架未固定:
   前导向架的侧棱与壳体内壁存在细微的间隙,如果前导向架的三角爪与台阶面存在细微间隙,在泥浆的冲击下三角爪便会撞击台阶面,此时响声中能听出在前台阶面有轻微的撞击声和刮擦声。
   三角爪撞击台阶面一段时间后,使三角爪边缘呈斜坡型,压环失去固定前导向架的作用,前导向架便在台阶面上来回撞击摩擦台阶面,使台阶面出现凹槽,此时在壳体前部分会听到连续刺耳的响声。

3. 2、橡胶轴承变形或破裂:
   当前导向架未固定住或轴太短时,叶轮在泥浆冲击力的作用下偏离水平线旋转,导致支撑轴的橡胶轴承受力不平衡。鉴于泥浆的温度很高,在不平衡应力长时间作用下,橡胶轴承很容易变形甚至破裂。而叶轮边缘与涡轮变送器壳体之间的间隙很小,其内壁相互刮擦,使叶轮边缘严重磨损,此时在安置放大器处能听到连续的刺耳响声,在变送器壳体内壁能清晰的看到刮痕。
   正常磨损的橡胶轴承的中心孔很均匀,呈比较规则的圆,仅直径比新的大。当轴轻微偏离水平线旋转时就会在轴承的某方向上留下挤压的痕迹; 若是轴严重偏离水平线旋转,橡胶轴承承受的应力过大就会导致其破裂,使得轴失去水平支撑,与前后导向架还有不锈钢壳体内壁直接接触,叶轮、轴和导向架内壁的严重磨损( 图 1、2) ,产生连续的刺耳响声。
图 1	导向架内壁的磨损对比

1 导向架内壁的磨损对比
  由图 1 可看出非正常磨损的导向架与新导向架内壁的差异。这是轴偏离水平线与导向架直接作用的结果; 由图 2 可看出轴的磨损情况,正常磨损的轴其前后端大小变化不大,只是长短有变化,而非正常磨损的轴因过度磨损而呈现锥形。
图 2 轴的磨损对比

图 2 轴的磨损对比
 
3. 3、轴与钢珠弹子间隙不合适:
  涡轮变送器是由轴高速旋转切割磁感线产生感应电流,所以保证轴在任何时候都能平稳地旋转至关重要。在调节轴与钢珠弹子之间的间隙时,尽量使轴与弹子的间隙在 1 ~ 2 mm。若间隙太小,轴旋转的阻力大,不能准确测量小排量时的流量; 若间隙太大,当排量变化时,轴不能保持在水平位置旋转,导致橡胶轴承变形甚至破裂,叶轮容易刮擦不锈钢壳体内壁产生异常响声。
  在放置前后钢珠弹子时有技巧,技巧在于大弹子放在前导向架里,小弹子放在后导向架里。在测排量时,由于排量从小到稳定有个过程,叶轮和轴会受到朝斜上方和向前的推力,此时后导向架里的橡胶轴承通过自身变形释放轴受到向上的力。若是后导向架里的钢珠弹子太大,轴插入橡胶轴承中心孔的长度太短,橡胶轴承容易变形破裂。另一方面,弹子太大会造成旋转困难,轴长时间作用在钢珠弹子的同一部位,那么久而久之轴就会在钢珠弹子上形成一个凹槽。

4、改进方法:
  综上所述,当放置前导向架的台阶面凹凸不平时会产生较大异响,并对涡轮变送器的正常工作产生很大影响。
  当前台阶面出现凹槽时,常用的方法是用铣刀将凹凸不平的台阶面铣平整,由于导向架的内径、轴的长度、压环的高度限制了钢珠弹子的直径,用该方法在调整轴与钢珠弹子的间隙时不好调整。
  另有两种方法可供参考,种方法是用焊条点焊,将不平的台阶面焊平。此方法除了技术上的困难外,即使焊平了,在泥浆高速的冲击下很快也会变得凹凸不平,不能长期使用。第二种方法是改变涡轮流量计壳体的自身结构( 图 3) 。
 图 3 涡轮流量计壳体外形

图 3 涡轮流量计壳体外形

  图 3( b) 是构想中的壳体,***大的差别是安置放大器座的位置与现用壳体的相比它们不在同一圆周上,而是在同一条直线上,只要在现有的壳体上照图3( b) 所示位置装上一个放大器座后就可以使用。这样做的原因是因为后导向架始终受到一个向前的作用力,当排量变化时,后导向架的 3 个侧棱起到支撑作用,由于其侧棱与涡轮变送器壳体内壁的间隙很小,所以在替浆的过程中保证了轴不会因为排量的不稳定而偏离水平线旋转。这样将报废的壳体重新利用,节约了成本,并保证了计量的准确性。

5、对比验证:
  除前导向支架外,还对后导向架的不平稳是否会对涡轮流量计的准确性产生影响进行了对比验证。将一个后台阶面不平整的壳体与后台阶面平整的壳体相连接,应用于坨 128-斜 74 井,该井设计3 008 m,除去压塞液 2. 0 m3,替浆量为 34. 5 m3。在测完排量、设定好这两个壳体系数后,记录了替浆时两个壳体的每分钟显示数值和***终数值( 表 2) 。通过试验对比瞬时排量和总排量,可以发现当安置后导向架的台阶面不平整时,二次仪表上显示的数据依然能保持稳定,波动小,且其累计总量和完好的涡轮变送器相比两者的误差不超过 1%,这点差距完全可以通过精心保养和调整系数来弥补。因此在正常情况下,安置后导向架的台阶面不平整时,涡轮变送器仍能达到固井时对流量计精度的要求。

    表 2 实验数据对比    
       
时间 / 后台阶面平整   后台阶面不平整
             
瞬时排量 / 累计总量 /   瞬时排量 / 累计总量 /
s  
( m3·min1 ) m3   ( m3·min1 ) m3
   
1 1. 908 1. 908 1. 896 1. 922
2 1. 936 3. 840 1. 964 3. 880
3 1. 922 5. 750 1. 957 5. 820
4 1. 929 7. 680 1. 943 7. 760
5 1. 929 9. 600 1. 950 9. 710
6 1. 943 11. 550 1. 943 11. 660
7 1. 936 13. 470 1. 950 13. 610
8 1. 922 15. 400 1. 936 15. 540
9 1. 929 17. 330 1. 929 17. 460
10 1. 929 19. 240 1. 921 19. 380
11 1. 915 21. 140 1. 914 21. 290
12 1. 922 23. 070 1. 914 23. 200
13 1. 776 24. 900 1. 828 24. 020
14 1. 832 26. 710 1. 821 26. 820
15 1. 818 28. 510 1. 814 28. 630
16 1. 804 30. 320 1. 814 30. 440
17 1. 412 31. 760 1. 430 31. 900
18 1. 434 33. 220 1. 423 33. 430
19 1. 305 34. 680 1. 314 34. 870
  与标准设 0. 35%   与标准设 1. 07%
  计的误差   计的误差
           

涡轮流量计产品:













































6、结论:
( 1) 安置前导向架的台阶面是否平整直接影响涡轮变送器的正常工作,导致一系列的问题出现。
( 2) 验证了当安置后导向架的台阶面不平整时,
涡轮变送器仍然能正常工作,不会出现特殊响声。
( 3) 通过前面的故障与异响分析,以及对比验证数据,找到了症结所在。为了使流量计能够良好地服务于固井作业施工,根据分析结论与改进措施,已经完成了部分流量计的升级改造,并在现场试验与应用过程中取得了良好的效果。


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