ЦЕНТРИФУГА С АВТОМАТИЧЕСКИМ ОТБОРОМ ПРОБ И УПРАВЛЕНИЕМ И СПОСОБ Российский патент 2019 года по МПК B04B1/20 B04B9/10 B04B13/00 

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

[0001] По этой заявке испрашивается приоритет согласно заявке на патент США № 14/480296, поданной 8 сентября 2014 г., в которой согласно §119(e) Раздела 35 Кодекса законов США испрашиваются преимущества согласно предварительной заявке на Патент США №61/875517, поданной 9 сентября, 2013 г., которые во всей их полноте включены сюда посредством ссылки.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0002] Данное изобретение относится к центрифуге с автоматическим отбором проб и анализом суспензии, закачиваемой в центрифугу, и жидкого потока, выпускаемого из центрифуги, и автоматическим управлением электродвигателями барабана, шнека и насоса.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0003] Известно измерение свойств подаваемой суспензии и течения жидкого потока центрифуги путем анализа проб, отбираемых оператором центрифуги вручную. Затем используют анализ, чтобы определить параметры управления для эксплуатации центрифуги. Например, оператор получает и анализирует данные, чтобы определить уставки для различных электродвигателей в центрифуге, а потом вручную вводит эти уставки в систему управления центрифуги.

[0004] Известный способ ручного отбора проб и ввода управления не чувствителен к текущим условиям в центрифуге, потому что между получением проб и ручным вводом уставок существует временная задержка из-за необходимости анализировать пробы и определять надлежащие уставки управления. Кроме того, осуществление точнейшего управления центрифугой для реагирования на условия в реальном масштабе времени при наличии вышеупомянутых недостатков потребовало бы почти непрерывного ручного отбора проб оператором. То есть, по существу, пришлось бы выделить оператора для отбора проб, анализа и вычисления уставок, о которых шла речь выше, что значительно увеличило бы эксплуатационные затраты, поскольку для удовлетворения нужд эксплуатации, которым не в состоянии уделять внимание оператор, потребовался бы дополнительный персонал. Ручной отбор проб также требует, чтобы оператор находился в непосредственной близости к центрифуге. Учитывая размеры, массы и скорости, связанные с центрифугой, и желая предотвратить причинение вреда здоровью оператора, желательно ограничить количество времени, которое оператор должен проводить в непосредственной близости к центрифуге.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0005] В соответствии с иллюстрируемыми здесь аспектами, предложена центрифуга для центрифугирования суспензии, включающая в себя: барабан, приводимый в движение электродвигателем привода барабана; шнек, приводимый в движение электродвигателем привода шнека; насос, приводимый в движение электродвигателем насоса; блок частотно-регулируемого привода (БЧРП) барабана, функционально выполненный с возможностью приведения в движение электродвигателя привода барабана; БЧРП шнека, функционально выполненный с возможностью приведения в движение электродвигателя привода шнека; БЧРП насоса, функционально выполненный с возможностью приведения в движение электродвигателя привода насоса; первый узел анализа, соединенный с первой секцией трубы, соединяющей насос и барабан; и, по меньшей мере, один компьютер, электрически соединенный с БЧРП барабана, БЧРП шнека, БЧРП насоса, и первым узлом анализа. Первый узел анализа выполнен с возможностью автоматического отбора проб суспензии, закачиваемой через первую секцию трубы, и автоматической передачи первых данных, характеризующие суспензию, в упомянутый, по меньшей мере, один компьютер. По меньшей мере, один компьютер выполнен с возможностью вычисления соответствующих алгоритмов управления для БЧРП барабана, БЧРП шнека и БЧРП насоса с использованием первых данных и передачу соответствующих сигналов управления в БЧРП барабана, БЧРП шнека и БЧРП насоса для приведения в действие БЧРП барабана, БЧРП шнека и БЧРП насоса согласно соответствующим алгоритмам управления.

[0006] В соответствии с иллюстрируемыми здесь аспектами, предложена центрифуга для центрифугирования суспензии, включающая в себя: барабан, приводимый в движение электродвигателем привода барабана; шнек, приводимый в движение электродвигателем привода шнека; насос, приводимый в движение электродвигателем насоса; блок частотно-регулируемого привода (БЧРП) барабана, функционально выполненный с возможностью приведения в движение электродвигателя привода барабана; БЧРП шнека, функционально выполненный с возможностью приведения в движение электродвигателя привода шнека; БЧРП насоса, функционально выполненный с возможностью приведения в движение электродвигателя привода насоса; первый узел анализа; и, по меньшей мере, один компьютер, электрически соединенный с БЧРП барабана, БЧРП шнека, БЧРП насоса, и первым узлом анализа. Первый узел анализа выполнен с возможностью автоматического отбора проб жидкого потока, выпускаемого из центрифуги, и автоматической передачи первых данных, характеризующих жидкий поток, в упомянутый, по меньшей мере, один компьютер. По меньшей мере, один компьютер выполнен с возможностью вычисления соответствующих алгоритмов управления для БЧРП барабана, БЧРП шнека и БЧРП насоса с использованием первых данных и передачи соответствующих сигналов управления в БЧРП барабана, БЧРП шнека и БЧРП насоса для приведения в действие БЧРП барабана, БЧРП шнека и БЧРП насоса согласно соответствующим алгоритмам управления.

[0007] В соответствии с иллюстрируемыми здесь аспектами, предложена центрифуга для центрифугирования суспензии, включающая в себя: барабан, приводимый в движение электродвигателем привода барабана; шнек, приводимый в движение электродвигателем привода шнека; насос, приводимый в движение электродвигателем насоса; блок частотно-регулируемого привода (БЧРП)барабана, функционально выполненный с возможностью приведения в движение электродвигателя привода барабана; БЧРП шнека, функционально выполненный с возможностью приведения в движение электродвигателя привода шнека; БЧРП насоса, функционально выполненный с возможностью приведения в движение электродвигателя привода насоса; первый узел анализа, соединенный с секцией трубы, соединяющей насос и барабан; второй узел анализа; и, по меньшей мере, один компьютер, электрически соединенный с БЧРП барабана, БЧРП шнека, БЧРП насоса, и первым и вторым узлами анализа. Первый узел анализа выполнен с возможностью автоматического отбора проб суспензии закачиваемой через первую секцию трубы, и автоматической передачи первых данных, характеризующих суспензию, в упомянутый, по меньшей мере, один компьютер. Второй узел анализа выполнен с возможностью автоматического отбора проб жидкого потока, выпускаемого из центрифуги, и автоматической передачи первых данных, характеризующих жидкий поток, в упомянутый, по меньшей мере, один компьютер. По меньшей мере, один компьютер выполнен с возможностью вычисления соответствующих алгоритмов управления для БЧРП барабана, БЧРП шнека и БЧРП насоса с использованием первых и вторых данных и передачу соответствующих сигналов управления в БЧРП барабана, БЧРП шнека и БЧРП насоса для приведения в действие БЧРП барабана, БЧРП шнека и БЧРП насоса согласно соответствующим алгоритмам управления.

[0008] В соответствии с иллюстрируемыми здесь аспектами, предложен способ центрифугирования суспензии с использованием центрифуги, включающей в себя барабан, приводимый в движение электродвигателем привода барабана, шнек, приводимый в движение электродвигателем привода шнека, насос, приводимый в движение электродвигателем насоса, блок частотно-регулируемого привода (БЧРП)барабана, функционально выполненный с возможностью приведения в движение электродвигателя привода барабана, БЧРП шнека, функционально выполненный с возможностью приведения в движение электродвигателя привода шнека, БЧРП насоса, функционально выполненный с возможностью приведения в движение электродвигателя привода насоса, первый узел анализа, соединенный с первой секцией трубы, соединяющей насос и барабан, второй узел анализа и, по меньшей мере, один компьютер, электрически соединенный с БЧРП барабана, БЧРП шнека, БЧРП насоса, и первым и вторым узлами анализа, при этом способ содержит этапы, на которых: автоматически отбирают пробы, с использованием первого узла анализа, суспензии, закачиваемой через первую секцию трубы; автоматически передают, с использованием первого узла анализа, первые данные, характеризующие суспензию, в упомянутый, по меньшей мере, один компьютер; автоматически отбирают пробы, с использованием второго узла анализа, жидкого потока, выпускаемого из центрифуги; автоматически передают, с использованием второго узла анализа, вторые данные, характеризующие жидкий поток, в упомянутый, по меньшей мере, один компьютер; вычисляют, с использованием упомянутого, по меньшей мере, одного компьютера, соответствующие алгоритмы управления для БЧРП барабана, БЧРП шнека и БЧРП насоса с использованием первых и вторых данных; передают, с использованием упомянутого, по меньшей мере, одного компьютера, соответствующие сигналы управления в БЧРП барабана, БЧРП шнека и БЧРП насоса; и приводят в действие БЧРП барабана, БЧРП шнека и БЧРП насоса согласно соответствующим алгоритмам управления.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0009] Различные варианты осуществления описаны лишь в качестве примера со ссылками на прилагаемые чертежи, где соответственные позиции обозначают соответственные части, при этом:

на фиг. 1 представлено схематическое изображение центрифуги с автоматическим отбором проб и управлением; и

на фиг. 2 представлена условная блок-схема центрифуги согласно фиг. 1.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

[0010] В начале нужно принять во внимание, что одинаковые позиции на разных чертежах обозначают одинаковые или функционально сходные конструктивные элементы предлагаемого технического решения. Следует понять, что заявляемое изобретение не ограничивается описываемыми аспектами.

[0011] Помимо этого, ясно, что это изобретение не ограничивается конкретной методологией, материалами и модификациями, приведенными в описании, и они как таковые, конечно же, могут изменяться. Ясно также, что употребляемая здесь терминология имеет целью лишь описание конкретных аспектов, и ее не следует считать ограничивающей объем притязаний данного изобретения.

[0012] Если нет иных определений, то все употребляемые здесь технические и научные термины имеют тот же смысл, который в общем случае понятен обычному специалисту в данной области техники, к которой относится это изобретение. Следует понять, что для практического воплощения или тестирования предлагаемого технического решения можно использовать любые способы, устройства или материалы, аналогичные или эквивалентные описываемым здесь.

[0013] На фиг. 1 представлено схематическое изображение центрифуги 10 с автоматическим отбором проб и управлением. Центрифуга 10, например - декантерная центрифуга, включает в себя барабан 11, шнек 12, насос 15, электродвигатель 19 привода барабана, электродвигатель 21 привода шнека, и электродвигатель 35 насоса. Центрифуга 10 включает в себя: обозначенный позицией 32 блок частотно-регулируемого привода (БЧРП) барабана, функционально выполненный с возможностью приведения в движение электродвигателя привода барабана; БЧРП 31 шнека, функционально выполненный с возможностью приведения в движение электродвигателя привода шнека; БЧРП 34 насоса, функционально выполненный с возможностью приведения в движение электродвигателя привода насоса; и, по меньшей мере, один компьютер 30 (именуемый далее «компьютером 30»), электрически соединенный с БЧРП барабана, БЧРП шнека и БЧРП насоса. В возможном варианте осуществления, центрифуга 10 включает в себя узел 50A анализа, соединенный с трубой или трубопроводом 17, соединяющей или соединяющим насос 15 и барабан 11. Узел 50A электрически соединен с компьютером 30.

[0014] На фиг. 2 представлена условная блок-схема центрифуги 10 согласно фиг. 1. в возможном варианте осуществления, компьютер 30 выполняет функции и воплощает операции, описанные выше и описываемые ниже, с использованием процессора 40 для исполнения машиночитаемых команд 43, хранимых запоминающем устройстве 44. Компьютер 30, процессор 40 и запоминающее устройство 44 могут быть любым компьютером, процессором и запоминающим устройством, соответственно, известным в данной области техники.

[0015] Узел 50A анализа выполнен с возможностью автоматического отбора проб суспензии, закачиваемой через трубу 17, в барабан и автоматической передачи данных 52A, характеризующих суспензию, в компьютер 30. Компьютера 30 выполнен с возможностью: вычисления алгоритмов управления 54 56, и 58 для БЧРП барабана, БЧРП шнека и БЧРП насоса, соответственно, с использованием данных 52A; и передачи сигналов 60, 62 и 64 управления в БЧРП барабана, БЧРП шнека и БЧРП насоса, соответственно, для приведения в действие БЧРП барабана, БЧРП шнека и БЧРП насоса согласно алгоритмам 54, 56 и 58 управления, соответственно.

[0016] В возможном варианте осуществления, узел 50A выполнен с возможностью измерения, по меньшей мере, одного параметра 66 суспензии, выбранного из группы, состоящей из плотности, вязкости, мутности, содержания твердых частиц, распределения частиц по размерам и расхода при подаче, и передачи данных 52A, включающих в себя измерение 68 упомянутого, по меньшей мере, одного параметра 66. Например, узел 50A включает в себя любые датчики или другие устройства 70, известные в данной области техники, для отбора проб суспензии и измерения одного, нескольких или всех параметров 66. Следует понять, что узел 50A не ограничивается измерением параметров, отмеченных выше, и что узел 50A может измерять любой параметр, известный в данной области техники, с использованием любых датчиков или устройств, известных в данной области техники.

[0017] В возможном варианте осуществления, компьютер 30 выполнен с возможностью - как часть вычисления алгоритмов 54, 56 и 58 управления - вычисления скоростей 72, 74 и 76 электродвигателя привода барабана, электродвигателя привода шнека и электродвигателя насоса, соответственно, и передачи сигналов 60, 62 и 64 управления, включающей в себя передачу скоростей 72, 74 и 76. В возможном варианте осуществления, компьютер 30 также вычисляет разность 94 скоростей между скоростями 72 и 74.

[0018] Компьютера 30 и узел 50A выполнен с возможностью отбора проб суспензии без вмешательства оператора и автоматической передачи данных 52A без вмешательства оператора. То есть, компьютер 30 и узел 50A проводят операции, необходимые для отбора проб суспензии и передачи данных 52A, независимо от действий, предпринимаемых оператором и без необходимости вмешательства оператора. Кроме того, компьютер 30 генерирует и передает алгоритмы 54, 56 и 58 управления без вмешательства оператора, а БЧРП 32, 31 и 34 управляют электродвигателем 19 привода барабана, электродвигателем 21 привода шнека и электродвигателем 35 насоса, соответственно, без вмешательства оператора. Следует понять, что вмешательство оператора возможно, если это желательно.

[0019] В возможном варианте осуществления, компьютер 30 включает в себя отображающее устройство 78 и выполнен с возможностью анализа данных 52A для определения рекомендуемого уровня 80 жидкости в барабане (подпорного уровня), и передачи сигнала 82 для отображения на отображающем устройстве 78, включающего в себя рекомендуемый уровень 80.

[0020] В возможном варианте осуществления, компьютер 30 выполнен с возможностью приема ввода 84, идентифицирующего скорости 51 и 53 электродвигателей барабана и шнека, соответственно, желаемую нагрузку 86 крутящего момента электродвигателя шнека, и максимальный расход 88 насоса. Компьютер 30 выполнен с возможностью регулирования скорости 55 насоса и/или расхода 57 суспензии, чтобы поддержать фактическую нагрузку 90 крутящего момента на желаемой нагрузке 86 крутящего момента, или - когда нет возможности поддерживать фактическую нагрузку 90 крутящего момента электродвигателя шнека на желаемой нагрузке 86 крутящего момента - регулирования скорости 55 насоса и/или расхода 57 суспензии, чтобы поддержать максимальный расход 88. Ввод 84 можно создавать любыми средствами, известными в данной области техники, например, это может делать оператор центрифуги 10.

[0021] В возможном варианте осуществления, компьютер 30 выполнен с возможностью: определения того, что фактическая нагрузка 90 крутящего момента больше, чем желаемая нагрузка 86 крутящего момента; и регулирования скорости 55 насоса для управления расходом 57 суспензии с целью снижения фактической нагрузки 90 крутящего момента до равной или меньшей желаемой нагрузки 86 крутящего момента. Как известно в данной области техники, самым быстродействующим средством снижения нежелательно высокого крутящего момента 90 является увеличение расхода 57. Вместе с тем, как тоже известно в данной области техники, более эффективным, но и более медленным, долгосрочным откликом на нежелательно высокий крутящий момент 90 является описываемое ниже манипулирование разностью 94 скоростей между барабаном и шнеком.

[0022] В возможном варианте осуществления, компьютер 30 выполнен с возможностью: приема ввода 92, количественно характеризующего нагрузку 90 крутящего момента на электродвигателе шнека; изменения разности 94 скоростей до тех пор, пока при разности 94A скоростей нагрузка 90 крутящего момента не увеличится на заранее заданный уровень или на заранее заданную величину 96; вычисление разности 94B скоростей на основании разности 94A скоростей, например - несколько меньшей, чем разность 94A скоростей, чтобы предотвратить резкий рост крутящего момента 90; и приведения в действие электродвигателей барабана и шнека для поддержания разности 94B скоростей. В возможном варианте осуществления, компьютер 30 выполнен с возможностью определения того, что нагрузка 90 крутящего момента больше, чем желаемый уровень 86 крутящего момента, и приведения в действие электродвигателей барабана и шнека для увеличения разности 94В скоростей с целью снижения нагрузки 90 крутящего момента.

[0023] В возможном варианте осуществления, центрифуга 10 включает в себя узел 50В анализа, выполненный с возможностью автоматического отбора проб жидкого потока ЖП, выпускаемого из барабана через трубу или трубопровод 25, и автоматической передачи данных 52B, характеризующих жидкий поток ЖП, в компьютер 30. Компьютер 30 выполнен с возможностью вычисления алгоритмов 54, 56 и 58 управления с использованием данных 52B.

[0024] В возможном варианте осуществления, узел 50B выполнен с возможностью измерения, по меньшей мере, одного параметра 66 потока ЖП, выбранного из группы, состоящей из плотности, вязкости, мутности, содержания твердых частиц, распределения частиц по размерам и расхода, и передачу данных 52B, включающих в себя измерения 68 упомянутого, по меньшей мере, одного параметра 66. Например, узел 50B включает в себя любые датчики или другие устройства 70, известные в данной области техники, для отбора проб суспензии и измерения одного, нескольких или всех параметров 66. Следует понять, что узел 50B не ограничивается измерением параметров, отмеченных выше, и что узел 50B может измерять любой параметр, известный в данной области техники, с использованием любых датчиков или устройств, известных в данной области техники.

[0025] В возможном варианте осуществления, центрифуга 10 включает в себя узлы 50A и 50B и компьютер 30, выполненный с возможностью генерирования алгоритмов 54, 56 и 58 управления с использованием данных 52A и 52B.

[0026] В возможном варианте осуществления, электродвигатель 21 привода шнека подключен к шнеку 12 через редуктор 23. Центрифуга 10 получает суспензию через трубопровод или трубу 45, соединенную с насосом 15. Насос 15 закачивает суспензию в барабан 11 через трубопровод или трубу 17. Барабан 11 приводится в движение электродвигателем 19 барабана посредством ременной передачи 20, а шнек 12 приводится в движение электродвигателем 21 шнека посредством редуктора 23. Твердые частицы высокой плотности, которые отделяются от суспензии, выпускаются из центрифуги 10 чрез трубопровод или трубу 24. Остальные части суспензии (жидкого потока ЖП) выбрасываются из центрифуги через трубопровод 25. Барабан 11 оперт на два подшипника 27 и 29. Информация о скорости и направлении вращения электродвигателя шнека обнаруживается кодером 46 и сообщается в БЧРП 31 шнека через шину 42. БЧРП 32 барабана, БЧРП 31 шнека и БЧРП 34 насоса осуществляют связь с компьютером 30 через сеть связи. Можно использовать любой БЧРП и любую сеть связи, известные в данной области техники.

[0027] В возможном варианте осуществления, оператор может выбирать режимы работы для центрифуги 10, включающие в себя - но не в ограничительном смысле: режимы регенерации барита, самого чистого потока, самых сухих твердых частиц, самой точной точки разделения, желаемого процента твердых частиц в потоке, целевой плотности потока, или любую комбинацию этих режимов работы, перечисляемых, например, в порядке приоритета. Центрифуга 10 выполнена с возможностью автоматического регулирования скорости 51 барабана, скорости 53 шнека, разности 94 скоростей и скорости 55 насоса и/или расхода 57 суспензии с одновременном указанием надлежащей уставки 80 целевой подпорной глубины или целевого подпорного уровня на основании режима работы, выбранного пользователем для устройств. Например, компьютер 30 может вычислять разные соответствующие значения для скоростей 72, 74 и 76 в зависимости от выбранного режима. Сразу же после того, как центрифуга оказывается в выбранном режиме работы, компьютер 30 генерирует алгоритмы 54, 56 и 58 управления и приводит в действие узлы 50A и 50B по мере необходимости для наиболее успешного и эффективного воплощения режима работы, выбранного оператором.

[0028] В возможном варианте осуществления, различные рабочие уставки 59 задают равными соответствующим значениям 61 по умолчанию для каждого режима работы. В возможном варианте осуществления, оператор может изменять значения 61 по умолчанию.

[0029] В возможном варианте осуществления, компьютер 30 имеет режим экономии, в котором компьютер 30 оперативно контролирует энергопотребление 98 для центрифуги и корректирует рабочие условия для центрифуги, например, посредством алгоритмов 54, 56 и 58 управления, чтобы ограничить энергопотребление. Это полезно в случаях отсутствия адекватной электроэнергии, доступной для эксплуатации центрифуги 10 с максимальной производительностью, или в случаях, когда энергопотребление вызывает беспокойство.

[0030] Оператор может общаться непосредственно с компьютером 30 с помощью операторской панели 99 управления или через удаленный компьютер 37 с помощью дистанционного Internet- или Intranet-соединения с компьютером 30. Это позволяет оператору оперативно контролировать центрифугу 10 и управлять ею на месте или на расстоянии от места ее нахождения. Дополнительные аппаратные средства обеспечивают дистанционное визуальное наблюдение за центрифугой 10 из удаленного места или с места ее нахождения в случаях, когда доступ к устройствам может быть затруднен.

[0031] В возможном варианте осуществления удаленный компьютер 37 связан с компьютером 30 любыми средствами, известными в данной области техники, включающими в себя - но не в ограничительном смысле - линию 39 проводной или беспроводной связи, вследствие чего поиск неисправностей или эксплуатацию центрифуги 10 можно оперативно контролировать или управлять ими из удаленного места, если это желательно.

[0032] В возможном варианте осуществления, компьютер 30 хранит архивные данные 63 в запоминающем устройстве 44. Данные 63 могут включать в себя данные 52A и 52B, алгоритмы 54, 56 и 58 управления, скорости 72, 74 и 76, а также любую другую информацию, связанную с эксплуатацией центрифуги 10. Данные 63 можно использовать для регистрации, идентификации и отслеживания наблюдаемых тенденций в эксплуатации центрифуги 10. Данные 63 также можно использовать при создании алгоритмов 54, 56 и 58 управления и/или при управлении узлами 50A и 50B. Например алгоритмы 54, 56 и 58 управления, генерированные с использованием данных 63, могут учитывать факторы 65 эксплуатации, выводимые из данных 63, не являющиеся вытекающими со всей очевидностью из анализа данных 52A и 52B и влияющие на оптимальную работу центрифуги 10. На основе факторов 65, компьютер 30 может создавать алгоритмы 54, 56 и 58 управления, приводящие к более успешной, эффективной и/или безопасной эксплуатации центрифуги 10, чем было бы возможно в ином случае. На основе факторов 65, компьютер 30 может управлять частотой отбора проб и типом отбора проб, а также анализом, проводимым узлами 50A и 50B, для оптимизации функционирования центрифуги 10.

[0033] В возможном варианте осуществления, один из узлов 50A и 50B анализа или оба выполнены с возможностью непрерывного отбора проб суспензии или жидкого потока ЖП, соответственно. В возможном варианте осуществления, компьютер 30 выполнен с возможностью анализа одних из данных 52A и 52B или их обоих для генерирования одного из анализов 65A и 65B, соответственно, или их обоих, и вычисления одного из графиков 67A и или 67B отбора проб, соответственно, или их обоих с использованием одного из анализов 65A и 65B, соответственно, или их обоих. Тогда компьютер 30 выполнен с возможностью переключения одного из узлов 50A и 50B или их обоих с непрерывного отбора проб на отбор проб в соответствии с графиком 67A или 67B, соответственно. Отметим, что один из узлов 50A и 50B может отбирать пробы согласно соответствующему графику отбора проб, а другой узел анализа может отбирать пробы непрерывно.

[0034] В возможном варианте осуществления, один из узлов 50A и 50B анализа или оба выполнены с возможностью отбора проб суспензии или жидкого потока ЖП, соответственно, согласно одному из графиков - 69A и/или 69B отбора проб, соответственно, или им обоим. В возможном варианте осуществления, компьютер 30 выполнен с возможностью анализа одних из данных 52A и 52B или их обоих для генерирования одного из анализов 71A и 71B, соответственно, или их обоих, а также для переключения одного из узлов 50A и 50B или их обоих на непрерывный отбор проб на основе одного из анализов 71A и 71B, соответственно, или их обоих. Графики 69A и/или 69B могут быть вычислены компьютером 30, как пояснялось выше, или посредством ввода оператора на компьютере 30. Отметим, что один из узлов 50A и 50B может отбирать пробы согласно соответствующему графику отбора проб, а другой узел анализа может отбирать пробы непрерывно.

[0035] Таким образом, в центрифуге 10, в частности - в узлах 50A и 50B, используются различные аппаратные средства автоматического отбора проб и анализа для измерения таких параметров подаваемой суспензии и потока ЖП, как плотность, вязкость, мутность, содержание твердых частиц, распределение частиц и расход, и это делается без вмешательства оператора. На основании оперативно проводимых (либо периодически, либо непрерывно) измерений течения подаваемой суспензии и потока, компьютер 30 автоматически определяет наиболее успешный и эффективный режим работы, изменяя скорость 51 барабана, скорость 53 шнека, скорость 55 насоса, разность 94 скоростей и расход 57 насоса без ввода или вмешательства оператора.

[0036] В свете фиг. 1 и 2 необходимо рассмотреть нижеследующее. Далее приводится описание способа центрифугирования суспензии с использованием центрифуги. Хотя - для ясности - способ представлен как последовательность этапов, из этой последовательности не следует делать вывод о порядке их проведения, если не указано явно. Центрифуга включает в себя барабан 11, шнек 12, насос 15, электродвигатель 19 привода барабана, электродвигатель 21 привода шнека, электродвигатель 35 насоса, БЧРП 32 барабана, БЧРП 31 шнека, БЧРП 34 насоса, по меньшей мере, один компьютер 30, электрически соединенный с БЧРП 32, 31 и 34, узел 50A анализа, соединенный с трубой 17 и электрически соединенный с компьютером 30, и узел 50В анализа, электрически соединенный с компьютером 30. На первом этапе - с использованием узла 50A анализа - происходит автоматический отбор проб суспензии, закачиваемой через трубу 17. На втором этапе - с использованием узла 50A анализа - происходит автоматическая передача данных 52A, характеризующих суспензию, в компьютер 30. На третьем этапе - с использованием узла 50В анализа - происходит автоматический отбор проб жидкого потока ЖП, выпускаемого из центрифуги. На четвертом этапе - с использованием узла 50В анализа - происходит автоматическая передача данных 52B, характеризующих жидкий поток ЖП, в компьютер 30. На пятом этапе - с использованием компьютера 30 - происходит вычисление алгоритмов 54, 56 и 58 управления для БЧРП барабана, БЧРП шнека и БЧРП насоса, соответственно, с использованием данных 52A и 52B. На шестом этапе - с использованием компьютера 30 - происходит передача сигналов 60, 62 и 64 управления в БЧРП барабана, БЧРП шнека и БЧРП насоса, соответственно. На седьмом этапе приводят в действие БЧРП барабана, БЧРП шнека и БЧРП насоса в соответствии с алгоритмами 54, 56 и 58 управления, соответственно.

[0037] В качестве введения в приложение, связанное с бурением на нефть, отметим, что барит или тяжелый шпат - это сульфат бария BaSO₄, в природе обнаруживаемый в виде трубчатых кристаллов или в зернистой либо таблитчатой форме, и он имеет большой удельный вес. Большинство необработанного барита требует некоторой доводки до минимальной чистоты или плотности. Большинство барита измельчают с получением частиц малого одинакового размера перед использованием в качестве утяжелителя в барите бурового раствора при бурении нефтяных скважин. Барит относительно дорог, и поэтому важной задачей предпочтительного варианта осуществления данного изобретения является регенерация барита из суспензии с целью повторного использования в процессе бурения на нефть.

[0038] Следует понять, что центрифуга 10 и способ применения центрифуги 10 пригодны для того, чтобы пользоваться ими на любой ситуации или в любом приложении, где центрифуга нужна, например, для переработки материала, образующегося за счет операций бурения грунта, например - связанных с нефтяными и/или газовыми скважинами. Что касается приложения, связанного с бурением нефтяных и/или газовых скважин, то следует отметить, что центрифуга 10 выполнена с возможностью центрифугирования бурового раствора и хвостов.

[0039] Должно быть ясно, что может оказаться желательным объединение различных вышеупомянутых и других признаков и функций или их альтернатив во многих разных других системах или приложениях. Вследствие этого, специалисты в данной области техники смогут внести в предложенное решение непредвиденные или непредусмотренные в настоящее время альтернативы, модификации, изменения или усовершенствования, и их также следует считать охватываемыми нижеследующей формулой изобретения.

Изобретение относится к центрифугам с автоматическим отбором проб и анализом суспензии. Центрифуга включает барабан, электродвигатель привода барабана, блок частотно-регулируемого привода (БЧРП) барабана для привода электродвигателя привода барабана, шнек, электродвигатель привода шнека, БЧРП шнека для привода электродвигателя привода шнека, насос, электродвигатель насоса, БЧРП насоса для привода электродвигателя привода насоса, узел анализа и компьютер, электрически соединенный с БЧРП барабана, БЧРП шнека, БЧРП насоса, и первым узлом анализа. Конфигурация узла анализа обеспечивает автоматический отбор проб суспензии, закачиваемой в барабан, и автоматическую передачу данных, характеризующих суспензию, в компьютер. Конфигурация компьютера обеспечивает вычисление алгоритмов управления для БЧРП барабана, БЧРП шнека и БЧРП насоса с использованием первых данных и передачу сигналов управления в БЧРП барабана, БЧРП шнека и БЧРП насоса для приведения в действие БЧРП барабана, БЧРП шнека и БЧРП насоса согласно алгоритмам управления. Технический результат: обеспечение автоматизации и оптимизации процесса центрифугирования суспензий. 4 н. и 20 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Центрифуга для центрифугирования суспензии, содержащая:

барабан, приводимый в движение электродвигателем привода барабана;

шнек, приводимый в движение электродвигателем привода шнека;

насос, приводимый в движение электродвигателем привода насоса;

блок частотно-регулируемого привода (БЧРП) барабана, функционально выполненный с возможностью приведения в движение электродвигателя привода барабана;

БЧРП шнека, функционально выполненный с возможностью приведения в движение электродвигателя привода шнека;

БЧРП насоса, функционально выполненный с возможностью приведения в движение электродвигателя привода насоса;

первый узел анализа, соединенный с первой секцией трубы, соединяющей насос и барабан; и

по меньшей мере один компьютер, электрически соединенный с БЧРП барабана, БЧРП шнека, БЧРП насоса и первым узлом анализа, причем:

первый узел анализа выполнен с возможностью:

автоматического отбора проб суспензии, закачиваемой через первую секцию трубы; и

автоматической передачи первых данных, характеризующих суспензию, в упомянутый по меньшей мере один компьютер; и

при этом упомянутый по меньшей мере один компьютер выполнен с возможностью:

вычисления соответствующих алгоритмов управления для БЧРП барабана, БЧРП шнека и БЧРП насоса с использованием первых данных;

передачи соответствующих сигналов управления в БЧРП барабана, БЧРП шнека и БЧРП насоса для приведения в действие БЧРП барабана, БЧРП шнека и БЧРП насоса согласно соответствующим алгоритмам управления;

приема первого ввода, количественно характеризующего нагрузку крутящего момента на электродвигателе привода шнека;

изменения первой разности скоростей между барабаном и шнеком до тех пор, пока при второй разности скоростей между барабаном и шнеком нагрузка крутящего момента не увеличится на первый уровень;

вычисления третьей разности скоростей на основании второй разности скоростей; и

приведения в действие электродвигателей привода барабана и шнека для поддержания третьей разности скоростей.

2. Центрифуга по п. 1, в которой первый узел анализа выполнен с возможностью:

измерения по меньшей мере одного параметра суспензии, выбранного из группы, состоящей из плотности, вязкости, мутности, содержания твердых частиц, распределения частиц и расхода при подаче; и

передачи первых данных, включающих в себя измерение упомянутого по меньшей мере одного параметра.

3. Центрифуга по п. 1, в которой упомянутый по меньшей мере один компьютер выполнен с возможностью:

вычисления соответствующих скоростей электродвигателя привода барабана, электродвигателя привода шнека и электродвигателя привода насоса как части соответствующих алгоритмов управления для БЧРП барабана, БЧРП шнека и БЧРП насоса; и

передачи соответствующих сигналов управления, включающих в себя соответствующие скорости, как части соответствующих алгоритмов управления для БЧРП барабана, БЧРП шнека и БЧРП насоса.

4. Центрифуга по п. 1, в которой первый узел анализа выполнен с возможностью:

отбора проб суспензии без вмешательства оператора центрифуги; и

передачи первых данных без вмешательства оператора центрифуги.

5. Центрифуга по п. 1, в которой упомянутый по меньшей мере один компьютер:

включает в себя отображающее устройство и

выполнен с возможностью:

анализа первых данных для определения рекомендуемого уровня жидкости в барабане; и

передачи сигнала, включающего в себя рекомендуемый уровень, для отображения на отображающем устройстве.

6. Центрифуга по п. 1, в которой упомянутый по меньшей мере один компьютер выполнен с возможностью:

приема первого ввода, идентифицирующего соответствующие скорости для барабана и шнека, желаемую нагрузку крутящего момента для электродвигателя привода шнека и максимальный расход для насоса;

регулирования скорости насоса для поддержания фактической нагрузки крутящего момента электродвигателя привода шнека на желаемой нагрузке крутящего момента; или,

когда нет возможности поддерживать фактическую нагрузку крутящего момента для электродвигателя привода шнека на желаемой нагрузке крутящего момента, - регулирования скорости насоса для поддержания максимального расхода.

7. Центрифуга по п. 6, в которой упомянутый по меньшей мере один компьютер выполнен с возможностью:

определения того, что фактическая нагрузка крутящего момента больше, чем желаемая нагрузка крутящего момента; и

регулирования скорости насоса для управления расходом суспензии с целью снижения фактической нагрузки крутящего момента до равной или меньшей, чем желаемая нагрузка крутящего момента.

8. Центрифуга по п. 1, в которой упомянутый по меньшей мере один компьютер выполнен с возможностью:

определения того, что нагрузка крутящего момента больше, чем желаемый уровень крутящего момента; и

приведения в действие электродвигателей привода барабана и шнека для увеличения третьей разности скоростей.

9. Центрифуга по п. 1, дополнительно содержащая второй узел анализа, выполненный с возможностью:

автоматического отбора проб жидкого потока, выпускаемого из центрифуги; и

автоматической передачи вторых данных, характеризующих жидкий поток, в упомянутый по меньшей мере один компьютер;

причем упомянутый по меньшей мере один компьютер выполнен с возможностью вычисления соответствующих алгоритмов управления для БЧРП барабана, БЧРП шнека и БЧРП насоса с использованием первых и вторых данных.

10. Центрифуга для центрифугирования суспензии, содержащая:

барабан, приводимый в движение электродвигателем привода барабана;

шнек, приводимый в движение электродвигателем привода шнека;

насос, приводимый в движение электродвигателем привода насоса;

блок частотно-регулируемого привода (БЧРП) барабана, функционально выполненный с возможностью приведения в движение электродвигателя привода барабана;

БЧРП шнека, функционально выполненный с возможностью приведения в движение электродвигателя привода шнека;

БЧРП насоса, функционально выполненный с возможностью приведения в движение электродвигателя привода насоса;

первый узел анализа; и

по меньшей мере один компьютер, электрически соединенный с БЧРП барабана, БЧРП шнека, БЧРП насоса и первым узлом анализа,

причем первый узел анализа выполнен с возможностью:

автоматического отбора проб жидкого потока, выпускаемого из центрифуги, и

автоматической передачи первых данных, характеризующих жидкий поток, в упомянутый по меньшей мере один компьютер; и

при этом упомянутый по меньшей мере один компьютер выполнен с возможностью:

вычисления соответствующих алгоритмов управления для БЧРП барабана, БЧРП шнека и БЧРП насоса с использованием первых данных и

передачи соответствующих сигналов управления в БЧРП барабана, БЧРП шнека и БЧРП насоса для приведения в действие БЧРП барабана, БЧРП шнека и БЧРП насоса согласно соответствующим алгоритмам управления;

приема первого ввода, количественно характеризующего нагрузку крутящего момента на электродвигателе привода шнека;

изменения первой разности скоростей между барабаном и шнеком до тех пор, пока при второй разности скоростей между барабаном и шнеком нагрузка крутящего момента не увеличится на первый уровень;

вычисления третьей разности скоростей на основании второй разности скоростей; и

приведения в действие электродвигателей привода барабана и шнека для поддержания третьей разности скоростей.

11. Центрифуга по п. 10, в которой первый узел анализа выполнен с возможностью:

измерения по меньшей мере одного параметра жидкого потока, выбранного из группы, состоящей из плотности, вязкости, мутности, содержания твердых частиц, распределения частиц и расхода при подаче; и

передачи первых данных, включающих в себя измерение упомянутого по меньшей мере одного параметра.

12. Центрифуга по п. 10, в которой упомянутый по меньшей мере один компьютер выполнен с возможностью:

вычисления соответствующих скоростей электродвигателя привода барабана, электродвигателя привода шнека и электродвигателя привода насоса как части соответствующих алгоритмов управления для БЧРП барабана, БЧРП шнека и БЧРП насоса; и

передачи соответствующих сигналов управления, включающих в себя соответствующие скорости, как части соответствующих алгоритмов управления для БЧРП барабана, БЧРП шнека и БЧРП насоса.

13. Центрифуга по п. 10, в которой первый узел анализа выполнен с возможностью:

отбора проб жидкого потока без вмешательства оператора центрифуги; и

передачи первых данных без вмешательства оператора центрифуги.

14. Центрифуга по п. 10, в которой упомянутый по меньшей мере один компьютер:

включает в себя отображающее устройство и

выполнен с возможностью:

анализа первых данных для определения рекомендуемого уровня жидкости в барабане; и

передачи сигнала, включающего в себя рекомендуемый уровень, для отображения на отображающем устройстве.

15. Центрифуга по п. 10, в которой упомянутый по меньшей мере один компьютер выполнен с возможностью:

приема первого ввода, идентифицирующего соответствующие скорости для барабана и шнека, желаемую нагрузку крутящего момента для электродвигателя привода шнека и максимальный расход для насоса;

регулирования скорости насоса для поддержания фактической нагрузки крутящего момента для электродвигателя привода шнека на желаемой нагрузке крутящего момента; или,

когда нет возможности поддерживать фактическую нагрузку крутящего момента для электродвигателя привода шнека на желаемой нагрузке крутящего момента, - регулирования скорости насоса для поддержания максимального расхода.

16. Центрифуга по п. 15, в которой упомянутый по меньшей мере один компьютер выполнен с возможностью:

определения того, что фактическая нагрузка крутящего момента больше, чем желаемая нагрузка крутящего момента; и

регулирования скорости насоса для управления расходом суспензии с целью снижения фактической нагрузки крутящего момента до равной или меньшей, чем желаемая нагрузка крутящего момента.

17. Центрифуга по п. 10, в которой упомянутый по меньшей мере один компьютер выполнен с возможностью:

определения того, что нагрузка крутящего момента больше, чем желаемый уровень крутящего момента; и

приведения в действие электродвигателей привода барабана и шнека для увеличения третьей разности скоростей.

18. Центрифуга по п. 10, дополнительно содержащая второй узел анализа, соединенный с первой секцией трубы, соединяющей насос и барабан, и выполненный с возможностью:

автоматического отбора проб суспензии, закачиваемой через первую секцию трубы; и

автоматической передачи вторых данных, характеризующих суспензию, в упомянутый по меньшей мере один компьютер;

причем упомянутый по меньшей мере один компьютер выполнен с возможностью вычисления соответствующих алгоритмов управления для БЧРП барабана, БЧРП шнека и БЧРП насоса с использованием первых и вторых данных.

19. Центрифуга для центрифугирования суспензии, содержащая:

барабан, приводимый в движение электродвигателем привода барабана;

шнек, приводимый в движение электродвигателем привода шнека;

насос, приводимый в движение электродвигателем привода насоса;

блок частотно-регулируемого привода (БЧРП) барабана, функционально выполненный с возможностью приведения в движение электродвигателя привода барабана;

БЧРП шнека, функционально выполненный с возможностью приведения в движение электродвигателя привода шнека;

БЧРП насоса, функционально выполненный с возможностью приведения в движение электродвигателя привода насоса;

первый узел анализа, соединенный с секцией трубы, соединяющей насос и барабан;

второй узел анализа; и

по меньшей мере один компьютер, электрически соединенный с БЧРП барабана, БЧРП шнека, БЧРП насоса и первым и вторым узлами анализа;

причем первый узел анализа выполнен с возможностью:

автоматического отбора проб суспензии закачиваемой через первую секцию трубы; и

автоматической передачи первых данных, характеризующих суспензию, в упомянутый по меньшей мере один компьютер;

при этом второй узел анализа выполнен с возможностью:

автоматического отбора проб жидкого потока, выпускаемого из центрифуги; и

автоматической передачи вторых данных, характеризующих жидкий поток, в упомянутый по меньшей мере один компьютер; и

при этом упомянутый по меньшей мере один компьютер выполнен с возможностью:

вычисления соответствующих алгоритмов управления для БЧРП барабана, БЧРП шнека и БЧРП насоса с использованием первых и вторых данных; и

передачи соответствующих сигналов управления в БЧРП барабана, БЧРП шнека и БЧРП насоса для приведения в действие БЧРП барабана, БЧРП шнека и БЧРП насоса согласно соответствующим алгоритмам управления;

приема первого ввода, количественно характеризующего нагрузку крутящего момента на электродвигателе привода шнека;

изменения первой разности скоростей между барабаном и шнеком до тех пор, пока при второй разности скоростей между барабаном и шнеком нагрузка крутящего момента не увеличится на первый уровень;

вычисления третьей разности скоростей на основании второй разности скоростей; и

приведения в действие электродвигателей привода барабана и шнека для поддержания третьей разности скоростей.

20. Центрифуга по п. 19, в которой первый или второй узел анализа выполнен с возможностью непрерывного отбора проб суспензии или жидкого потока соответственно.

21. Центрифуга по п. 20, в которой упомянутый по меньшей мере один компьютер выполнен с возможностью:

анализа первых или вторых данных;

вычисления первого графика отбора проб или второго графика отбора проб, соответственно, с использованием анализа первых или вторых данных соответственно; и

приведения в действие первого или второго узла анализа для переключения с непрерывного отбора проб суспензии на отбор проб суспензии согласно первому или второму графику отбора проб соответственно.

22. Центрифуга по п. 19, в которой первый или второй узел анализа выполнен с возможностью отбора проб суспензии или жидкого потока соответственно согласно первому или второму графику отбора проб соответственно.

23. Центрифуга по п. 22, в которой упомянутый по меньшей мере один компьютер выполнен с возможностью:

анализа первых или вторых данных соответственно; и,

в соответствии с анализом первых или вторых данных, переключения первого или второго узла анализа соответственно с отбора проб суспензии или жидкого потока согласно первому или второму графику отбора проб соответственно на непрерывный отбор проб суспензии или жидкого потока соответственно.

24. Способ центрифугирования суспензии с использованием центрифуги, включающей в себя барабан, приводимый в движение электродвигателем привода барабана, шнек, приводимый в движение электродвигателем привода шнека, насос, приводимый в движение электродвигателем привода насоса, блок частотно-регулируемого привода (БЧРП) барабана, функционально выполненный с возможностью приведения в движение электродвигателя привода барабана, БЧРП шнека, функционально выполненный с возможностью приведения в движение электродвигателя привода шнека, БЧРП насоса, функционально выполненный с возможностью приведения в движение электродвигателя привода насоса, первый узел анализа, соединенный с первой секцией трубы, соединяющей насос и барабан, второй узел анализа и по меньшей мере один компьютер, электрически соединенный с БЧРП барабана, БЧРП шнека, БЧРП насоса и первым и вторым узлами анализа, при этом способ содержит этапы, на которых:

автоматически отбирают пробы, используя первый узел анализа, суспензии, закачиваемой через первую секцию трубы;

автоматически передают, используя первый узел анализа, первые данные, характеризующие суспензию, в упомянутый по меньшей мере один компьютер;

автоматически отбирают пробы, используя второй узел анализа, жидкого потока, выпускаемого из центрифуги;

автоматически передают, используя второй узел анализа, вторые данные, характеризующие жидкий поток, в упомянутый по меньшей мере один компьютер;

вычисляют, используя упомянутый по меньшей мере один компьютер, соответствующие алгоритмы управления для БЧРП барабана, БЧРП шнека и БЧРП насоса с использованием первых и вторых данных;

передают, используя упомянутый по меньшей мере один компьютер, соответствующие сигналы управления в БЧРП барабана, БЧРП шнека и БЧРП насоса; и

приводят в действие БЧРП барабана, БЧРП шнека и БЧРП насоса согласно соответствующим алгоритмам управления,

принимают, используя упомянутый по меньшей мере один компьютер, первый ввод, количественно характеризующий нагрузку крутящего момента на электродвигателе привода шнека;

изменяют, используя упомянутый по меньшей мере один компьютер, первую разность скоростей между барабаном и шнеком до тех пор, пока при второй разности скоростей между барабаном и шнеком нагрузка крутящего момента не увеличится на первый уровень;

вычисляют, используя упомянутый по меньшей мере один компьютер, третью разность скоростей на основании второй разности скоростей; и

приводят в действие, используя упомянутый по меньшей мере один компьютер, электродвигатели привода барабана и шнека для поддержания третьей разности скоростей.