振动筛发展趋势

振动筛发展趋势
摘要：通过对振动筛的近几十年的发展以及国内外振动筛的现状进行了分析比较，指出了现有的振动筛在一些方面还存在有一点的缺陷。

从而较为详细的阐
述了目前振动筛的发展趋势。

这些研究将为以后的振动筛发展提供参考。

关键词：振动筛；缺陷；发展趋势
1.振动筛运动轨迹
纵观钻井液振动筛分技术的发展历程，振动筛的运动轨迹经历了非平动椭圆、普通圆、直线、平动椭圆等阶段。

众所周知，这些轨迹的优缺点是瑕瑜互
见的。

例如，如图1-1和图1-2所示的非平动椭圆振动筛，其运动轨迹由质心
的圆周运动和绕质心的仰俯摆动合成，这种运动轨迹使进料口排屑速度快，而
出料口排屑速度慢，这样就造成出料口固相堆积。

在工程上，常将出料口向下
倾斜，但这样又导致了筛面钻井液跑浆，钻井液大量的流失。

与非平动椭圆筛
不同，普通圆振动筛实现了筛面的任意位置均为相同的圆运动轨迹，如下图下
图1-3所示。

所以该种振动筛筛面排屑均匀，出料段不会出现固相堆积的现象，但是固相颗粒容易破碎，透过筛网的固相颗粒增多，不利于钻井液的净化。

基
于普通圆振动筛的上述缺陷，回流盘圆轨迹振动筛出现，如下图1-4所示，这
种振动筛采用两层筛网，两层筛网之间采用了一个回流盘，延长钻井液在振动
筛流动时间，这样反而降低了筛分效率。

随后，直线振动筛和变直线振动筛进
入钻井液固控系统中，如下图1-5所示是直线振动筛的轨迹，下图1-6所示是
变直线振动筛的轨迹。

它为固相颗粒提供了较大的输送速度，而且处理量高于
非平动椭圆振动筛和圆振动筛。

但是由于直线振动筛的筛网振动方向不变，很
容易造成筛网的“筛堵”和“筛糊”现象，而采用细筛网时，这种现象更为常见。

继而，出现了平动椭圆运动轨迹振动筛，如下图1-7所示，它既有圆运动轨迹
的优点，液相容易透筛，又有直线振动筛的优点，固相输送速度快，同时还具
有圆筛和直线筛不具有的优点，固相不易卡在筛网网眼中，而平动椭圆轨迹正
在逐步替代直线运动轨迹[1]。

而未来以提高各区段的筛分效率和整个筛机生产
率为目标，寻找一种以理想运动方式为基础的新型筛分机成为筛分设备发展的
一个新方向。

较为理想的筛面运动方式是：在垂直方向上，入料端的振幅大于
出料端的振幅，沿长度方向上，从入料端到出料端，物料运动速度递减。

在此
理想情况下，可以创造良好的透筛环境。

该理想筛机的筛分效果要优于一般的
筛分机械[2]。

图1-1 非平动椭圆筛水平放置图1-2 非平动椭圆筛倾斜放置
图1-3 普通圆振动筛筛分过程图1-4 回流盘圆振动筛筛分过程
图1-5 直线振动筛运动轨迹图1-6 变直线振动筛运动轨迹
图1-7 平动椭圆振动筛运动轨迹
2.自同步
振动筛可采用两台普通防爆电机分别驱动两激振轴或直接将两台带有偏心质量的激振电机直接安装在筛框上。

两激振轴间的同步运转依靠振动过程中作用在激振轴上的振动惯性力矩等来实现,这就是所谓的自同步。

自同步双轴振动筛由于没有两激振轴间的机械传动,因此结构简单、噪音小,维护保养简便,制造安装难度小[1]。

上个世纪60年代,前苏联Blehnlan博士提出了双激振器振动机的自同步理论。

由于这一理论可使机器的结构大为简化。

制造更容易。

目前在工业部门中,无数的利用振动自同步原理的振动机获得了应用,取得了巨大的经济效益。

近年来,国内外的广大研究者对自同步理论进行了进一步的深入研究,取得了一系列的研究成果[3]。

等质径积双轴反向回转自同步振动筛系统能够实现直线振动运动,也能实现平动椭圆运动。

当两激振轴轴线平行时,无论是横跨安装在筛箱两侧板上,还是分别安装在两筛箱侧板上,均实现自同步直线振动。

此种振动筛的动力学研究的文献很多,己经建立了完整的振动筛动力学模型、系统的自同步理论、系统的稳定性理论。

双轴同向回转自同步振动系统的动力学研究己经比较完善。

3.复频
无论哪一种运动轨迹，虽然可以通过增大筛分面积和激振力来提高处理能力，由于固控系统的空间限制，筛分面积的增大非常有限，而振动筛分装置的
尺寸大小反过来限制了激振力的增大，过大的激振力会造成钻井液大量飞溅，
也会使筛网的寿命急剧缩短。

目前所有钻井液振动筛分设备的振动频率都是单
一的，复频振动的钻井液振动筛分设备国内外研究几乎是空白，在矿业筛分设
备中，提出过复频振动筛。

虽然单一频率的振动对一定粒度的岩屑（固体物料）的运移最为有效，但是不能有效解决筛堵现象，尤其对钻井液的剪切稀释作用
有限。

单频振动的筛分方法远不能满足钻井技术对钻井液固相控制的需求。

针对钻井液振动筛分过程中岩屑的粒度分布特性、临界颗粒易筛堵、处理
能力和筛分效率低的等问题，进行基于复频振动的钻井液筛分机理研究，充分
发挥复频振动对筛网筛堵的自清洁能力和对钻井液较强剪切稀释作用，可以有
效解决目前钻井液振动筛分中存在的难题，提高钻井液振动筛分的分离效率和
处理能力，对简化固控系统，减少环境污染，保证钻井过程低成本、安全地进
行具有重要的科学意义和社会价值。

4.橡胶-金属螺旋复合弹簧
减振元件是振动筛的最基本、最重要的组成部分之一，它的性能好坏，直
接影响筛分机的工作性能。

弹簧是常用的减振元件，它在受载后能产生较大的
弹性变形，达到减振的目的。

弹簧的主要功能有：(1)控制机构的运动或零件的位置；(2)缓冲及吸振；(3)储存能量；(4)测量力的大小；(5)传递扭矩。

目前
用于振动筛减振的主要有纯橡胶弹簧、橡胶空气弹簧、金属螺旋弹簧及螺旋形
橡胶金属复合弹簧。

纯橡胶弹簧刚度较难控制、寿命低[4]。

橡胶空气弹簧制造
工艺复杂、成本高、安全性差，一旦皮囊破坏易造成设备事故。

金属螺旋弹簧
具有寿命长、变形大、刚度准确的优点，制造简单、成本低，但不能吸收高频
颤振、噪声较大、安全性不好，一旦断裂易造成设备事故。

复合弹簧为金属螺
旋弹簧和橡胶弹簧的组合，就是在经过表面处理的金属螺旋弹簧的外部，包有
粘弹性橡胶。

这种复合弹簧具有金属螺旋弹簧和橡胶弹簧二者的优点：
1)由于橡胶的粘弹性特性，能吸收高频带上的振动，因此，弹簧的噪声比
较小。

2)由于在超过一定变形范围后，具有非线性特性，当筛子在启动和停车过
共振区时，其共振振幅比金属螺旋弹簧小。

3)比较适合于较大振幅下使用，即比橡胶弹簧更适用于较大的振幅。

4)在比较潮湿的环境中使用，不被腐蚀。

5)使用寿命较长。

5.筛网的张紧方式
传统的筛网张紧方式依照筛网结构特点及加工工艺主要有螺栓绷紧式、楔
形块压紧式、转轴卷紧式，较常使用的螺栓绷紧式，依靠螺栓张紧机构从筛箱
两侧横向绷紧筛网。

绷紧式由于是依靠螺栓拉紧筛网勾边，所以在操作时不宜
保证拉紧筛网的各个螺栓拉力相等，且在安装和拆卸筛网时麻烦，费时费力。

无论是螺栓绷紧式、还是楔形块压紧式的筛网张紧方法，为了保证对筛网产生
一定的张紧力，张紧后筛面都呈较大曲率半径上凸弧形。

而这种凸弧形的产生
从现场实验来看，直接导致了筛网的利用率偏低，连一半都不到。

这就需要用
一种新的筛网张紧方式，以达到使张紧后的筛网尽量平整以提高筛网的利用率[5]。

在工业的发展中，为了技术管理比较方便和提高综合经济效益，对振动筛
的品种和质量要求愈来愈高。

近年来，随着对筛分机械的研究不断深入，在筛
箱结构和筛面材料等方面进行大量的研究工作，从而使其得到迅速发展和完善。

其发展趋势还有如下几方面：
6.向标准化、通用化、系列化发展
这是便于设计、组织专业化生产、保证质量和降低成本的途径。

德国 KHD 公司生产的 USL 和 USK 筛机的侧板、筛板、横梁、传动轴均已实现标准化、
通用化，其振动器也只有三种。

同时德国的申克公司冷热烧结矿筛和等厚筛只
通用两种振动器，可见三化程度之高[6]。

7.向大型化发展
工业的现代化进程促使企业规模增大，生产能力大大提高，如从前我国选
煤厂生产 200～300 万 t/a 就是大型的，而现在出现 1200 万 t/a 的选煤厂，这就需要大型筛分机与之配套，德国 KHD 公司生产的 USK 筛分机已达 4500 mm×6000 mm，筛面达 27 m2，德国的另一筛子技术公司生产的 5500 mm×11000 mm 的筛机，筛面达 60.5m2。

8.向反共振振动筛发展
以减轻整机重量、降低成本、提高使用寿命和可靠性为目标，提出新型反
共振振动筛机。

该筛机是以质体m1为工作体，而激振器安装在质体m2上。

该新型筛机机体大大简化，参振质量可以减少 30%～50%。

激振力也可以随之减小，由此可以保证强度和刚度，降低振动噪音，并可以得到良好的减振效果。

如：双质体振动筛。

9.进一步降低噪音
近年来各国都很注意改善筛分机械的使用环境，降低筛分机的噪声。

目前，我国筛分机的噪声声级一般在 80～110dB（A）左右。

德国振动筛的噪声90dB （A）以内。

日本有些制造公司，控制在 94dB（A）以内。

美国一些筛分机曾采取降噪措施，使噪声从 90dB（A）降至 84dB（A）。

降低筛分机噪声的工作，
正在进一步探索和发展之中。

如何改进结构，采用更合理的动力学参数，降低
噪音的研究仍然是一个重要课题[7]。

10.高可靠性、易维修性振动筛的研制
可以预计，随着振动筛分技术的不断成熟和完善，振动筛的结构会更加合理，会进一步优化和标准化，使产品的生产成本和维护费用进一步降低，筛分
效率和生产率会进一步提高。

11.自动控制
智能型自适应可变参数振动筛现有振动筛基本上是靠操作者手工控制和进
行参数调整,这种方式不仅效率低下,而且很不准确。

特别是在石油天然气钻井
工程中,钻井液固控设备的现代发展方向是用振动筛和离心机2级固控设备来取代现有的多级固控设备,这就对振动筛提出了越来越高的要求,特别是在自动控
制和参数合理匹配调整方面,目前在用的振动筛大多不具备这样的功能。

智能型自适应可变参数振动筛能实现自动控制和参数合理匹配调整,通过采用现代计算机软件和传感器系统及控件化虚拟式信号分析处理技术,将振动筛的运转工作情况调整在最佳点状态。

将来这种技术可以很好的在复频振动筛，变轨迹振动筛
上使用，可以根据泥浆的参数情况，进而确定筛分所需要的频率和箱体运动轨迹。

参考文献
[1]胡欣峰.自同步椭圆振动筛动力学研究[D].西南石油大学博士论文.2004
[2]赵环帅.王振年.国内外高频振动筛的现状与发展趋势[J] .金属矿山.2009.11:105~108
[3]侯勇俊. 双轴二倍频振动筛的自同步及稳定性[J].西南交通大学学报.2012.47(1):104~107
[4] 刘初升.彭利平.王宏.李琚.大型振动筛弹簧故障识别的自由响应法[J].振动工程学报.2013.26(4):624~632
[5] 朱维兵.张明洪.钻井液振动筛的应用与发展水平[J] .钻采工艺.1999.22（2）:45-49
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[7] 胡欣峰，侯勇俊，张明洪. 平动椭圆钻井振动筛研究的新进展[J].石油机械. 2004.32(12):53~56
[8]闻邦椿.刘树英.张纯宇.机械振动学[M].北京：冶金工业出版社，2012。