專利名稱：具有性能參數(shù)智能檢測功能的泥漿混配系統(tǒng)及檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工程機械領(lǐng)域，尤其涉及一種用于水平定向鉆進施工、地質(zhì)勘探鉆井施工等場合的泥漿混配系統(tǒng)及性能參數(shù)的檢測方法。
背景技術(shù)：
在進行水平定向鉆進鋪管施工及地質(zhì)勘探鉆井施工中，必須使用合理配比的“泥漿”作為沖洗循環(huán)介質(zhì)。泥漿在整個施工過程中的作用是控制和平衡地層壓力以穩(wěn)定孔壁，粘結(jié)護壁以降低孔壁坍塌率；冷卻和潤滑鉆具以延長鉆具使用壽命；懸浮和攜帶鉆渣以清潔鉆孔和鉆頭刃具并提聞鉆進效率；聞壓泥楽■孔底噴射以提聞鉆孔效率和導(dǎo)向能力；降低鉆頭切削土體時所需的扭矩以及減小鉆進和拖管時的阻力；提供所鉆地層的相關(guān)信肩、O 在水平定向鉆進、地質(zhì)勘探鉆井等相關(guān)領(lǐng)域中，泥漿不僅在復(fù)雜地層保護孔壁中起到關(guān)鍵的作用，而且在排渣、冷卻、潤滑、水力導(dǎo)向等諸多方面也作用重大。例如，中國專利文獻CN 2656614Y公開一種“新型的泥漿攪拌系統(tǒng)”，該系統(tǒng)由汽油機、水泵、攪拌罐、下部噴管裝置、罐頂部噴管裝置、回水膠管、進水膠管、快速接頭、Y型過濾器、彎頭、進料塑料軟管、加水口組成，下部噴管裝置固定在攪拌罐的側(cè)面，對攪拌罐內(nèi)的混合液不斷攪拌，Y型過濾器固定在彎頭上，對系統(tǒng)的混合液不停地過濾，灌頂部噴管裝置固定在攪拌罐的上面，一方面對攪拌罐內(nèi)的混合液不斷攪拌，另一方面在系統(tǒng)循環(huán)的同時通過灌頂部噴管裝置內(nèi)的噴管與文丘里噴嘴而形成的負(fù)壓，經(jīng)進料塑料軟管將膨潤土自動吸入攪拌罐內(nèi)。該系統(tǒng)在制漿快速，自動化程度高。又如，中國專利文獻CN202012314U公開一種“混漿裝置”，其包括漏斗、蝶閥、噴嘴、混漿罐，漏斗、蝶閥、混漿罐由上至下依次連接，混漿罐側(cè)面設(shè)有噴嘴。使用時，分別從漏斗和噴嘴向混漿罐內(nèi)注入化學(xué)物質(zhì)和清水，使混漿罐內(nèi)形成真空，配制成需要的泥漿。該裝置結(jié)構(gòu)簡單、不易形成沉積、移動方便。然而，上述的制漿、混漿系統(tǒng)均未對泥漿的綜合性能參數(shù)方面做研究，也反應(yīng)了目前國內(nèi)相關(guān)行業(yè)對泥漿的合理應(yīng)用重視程度不夠，缺乏現(xiàn)場科學(xué)配制泥漿的技術(shù)手段，往往造成施工效率低、成孔質(zhì)量差、孔壁坍塌以致工程失敗等嚴(yán)重后果。實際上要求泥漿具有優(yōu)越的綜合性能參數(shù)，應(yīng)該嚴(yán)格體現(xiàn)在泥漿的密度、粘度、切力、失水量、潤滑性等各項參數(shù)在現(xiàn)場實時使用時與相應(yīng)施工地質(zhì)環(huán)境和工藝條件的匹配。然而，目前行業(yè)內(nèi)現(xiàn)場制備泥漿的方法僅限于無實時自動檢測的混配和攪拌，即便部分條件下可能附加有幾項單獨指標(biāo)的儀器測試，但也因標(biāo)準(zhǔn)不當(dāng)、指標(biāo)項目或缺、操作繁瑣費時、測-調(diào)銜接不緊湊、人為誤差大、檢測效率低，而使得由此泵入鉆孔中的泥漿均勻性較差，真實性能參數(shù)往往與要求相差甚大。故對癥下藥地設(shè)計研發(fā)能在現(xiàn)場定量、實時測試與智能分析、科學(xué)拌配的泥漿混配系統(tǒng)，是中國鉆探技術(shù)今后發(fā)展的必然趨向之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決上述技術(shù)問題，提供一種具有性能參數(shù)智能檢測功能的泥漿混配系統(tǒng)及檢測方法，能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場精確、高效、便捷地混配泥漿，并顯示記錄泥漿的性能參數(shù)，真正實現(xiàn)了泥漿配制科學(xué)化和性能定量化，大大改進了鉆進泥漿現(xiàn)場應(yīng)用的技術(shù)，可以顯著提高施工效率，保證施工質(zhì)量和安全，降低施工成本。為達此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種具有性能參數(shù)智能檢測功能的泥漿混配系統(tǒng)，包括泥漿混配系統(tǒng)以及泥漿性能智能檢測系統(tǒng)，所述泥漿性能智能檢測系統(tǒng)包括泥漿密度檢測模塊、泥漿流變性檢測模塊、泥漿潤滑性檢測模塊和顯示控制器，且所述的各模塊與所述顯示控制器通過有線或者無線方式連接，所述顯示控制器帶有泥漿失水量檢測模塊。進一步的，所述泥漿混配系統(tǒng)包括用于盛裝泥漿的攪拌罐，以及用于將攪拌罐內(nèi)的泥漿吸出并排回攪拌罐的泥漿自循環(huán)系統(tǒng)、用于將攪拌罐內(nèi)泥漿吸出并經(jīng)加料后排回攪拌罐的泥漿加料循環(huán)系統(tǒng)、用于將攪拌罐內(nèi)的泥漿攪拌均勻的泥漿攪拌系統(tǒng)。進一步的，所述攪拌罐的內(nèi)部設(shè)置檢測柱，所述顯示控制器設(shè)于所述攪拌罐的外 部，所述檢測柱的內(nèi)部設(shè)置電路模塊，所述電路模塊分別連接所述泥漿密度檢測模塊、所述泥漿流變性檢測模塊、所述泥漿潤滑性檢測模塊，用以接受并處理所述的各模塊檢測結(jié)果，所述檢測柱與所述顯示控制器通過有線或者無線方式連接，以使所述電路模塊通信連接所述顯示控制器，用以將經(jīng)過處理后的檢測結(jié)果進行再次處理、顯示和儲存。進一步的，所述檢測柱垂直于所述攪拌罐的底部設(shè)置，所述泥漿密度檢測模塊包括位于泥漿中且垂直于檢測柱設(shè)置的多個壓力傳感器，所述多個壓力傳感器在豎直面上呈間隔設(shè)置，用以測量各壓力傳感器所在深度的泥漿壓力值，所述檢測柱內(nèi)設(shè)置用于將測得的泥漿壓力值換算成泥漿密度值的第一處理電路，所述第一處理電路通信連接所述顯示控制器。進一步的，所述泥漿流變性檢測模塊包括設(shè)于所述攪拌罐內(nèi)可調(diào)速的潛水電機和一端開口的外筒，所述電機的輸出軸連接所述外筒的封口端，所述外筒的開口端內(nèi)部與其同心的套設(shè)內(nèi)筒，且所述外筒與所述內(nèi)筒之間具有環(huán)形空間，所述內(nèi)筒設(shè)有內(nèi)筒軸，所述內(nèi)筒軸第一端伸入所述內(nèi)筒的內(nèi)部，所述內(nèi)筒軸的第二端通過軸承連接電子倉座，且所述內(nèi)筒軸的第二端固定連接有轉(zhuǎn)矩傳感器，所述轉(zhuǎn)矩傳感器通過電子倉座上的電子倉與所述檢測柱內(nèi)的第二處理電路連接，所述電機的控制端與檢測柱內(nèi)的驅(qū)動電路連接，所述第二處理電路、所述驅(qū)動電路均通信連接所述顯示控制器。進一步的，所述泥漿潤滑性檢測模塊包括設(shè)于攪拌罐內(nèi)的恒速潛水電機，所述電機的輸出軸連接摩擦副，所述摩擦副的外圍與其相接觸的套設(shè)夾塊，所述夾塊端部連接有支撐座，所述支撐座設(shè)有支撐軸，所述支撐軸第一端伸入所述支撐座的內(nèi)部，所述支撐軸的第二端通過軸承連接電子倉座，且所述支撐軸的第二端固定連接有扭矩傳感器，所述扭矩傳感器通過電子倉座上的電子倉與所述檢測柱內(nèi)的第三處理電路連接，所述電機的控制端與檢測柱內(nèi)的驅(qū)動電路連接，所述第三處理電路、所述驅(qū)動電路均通信連接所述顯示控制器。進一步的，所述泥漿自循環(huán)系統(tǒng)包括設(shè)置在攪拌罐一側(cè)的第一電機，所述第一電機的輸出軸連接自吸泵的控制端，所述自吸泵的進水口依次通過吸水硬管、第一蝶閥、第一軟管與所述攪拌罐的吸水口連接，以實現(xiàn)自吸泵的吸水，所述自吸泵的出水口依次連接有
出水硬管和第一三通管，所述第一三通管的第一出口依次通過第二蝶閥、第一硬彎管、第二軟管與所述攪拌罐的自循環(huán)出水口連接。進一步的，所述第一三通管的第二出口依次通過第三蝶閥、第二硬彎管、第二三通管、第三硬彎管、第三軟管與所述攪拌罐的進料水口連接，所述第二三通管的用于連接第二硬彎管的第一連接端的內(nèi)部設(shè)置射吸管，所述第二三通管的用于連接第三硬彎管的第二連接端的內(nèi)部設(shè)置盛份器，所述第二三通管的第三連接端通過第四蝶閥與料斗連接。進一步的，所述泥漿攪拌系統(tǒng)包括設(shè)于所述攪拌罐頂部的第二電機、與第二電機連接的減速機、由第二電機及減速機驅(qū)動的泥漿攪拌器，所述泥漿攪拌器由攪拌罐頂部豎直向下延伸入其內(nèi)部，所述泥漿攪拌器底部與所述攪拌罐底部之間設(shè)有用于在泥漿攪拌器轉(zhuǎn)動時起扶正作用的扶正套。進一步的，所述泥漿混配系統(tǒng)還包括排渣系統(tǒng)，所述排渣系統(tǒng)包括設(shè)置于所述攪拌罐的一側(cè)底部的排水口，且所述排水口處裝有第五蝶閥。一種泥漿混配系統(tǒng)的泥漿性能參數(shù)的檢測方法，包括如下步驟， 步驟一通過泥漿密度檢測模塊檢測泥漿密度參數(shù)，通過泥漿流變性檢測模塊檢測泥漿粘度及切力參數(shù)，通過泥漿潤滑性檢測模塊檢測泥漿的潤滑性參數(shù)；步驟二 將各模塊的檢測結(jié)果通過通信技術(shù)傳輸至顯示控制器，由顯示控制器進行數(shù)據(jù)顯示及存儲，同時，上述的檢測結(jié)果被捆綁打包，集中傳輸至泥漿失水量檢測模塊，經(jīng)過實驗理論計算分析得出泥漿失水量參數(shù)，并將該數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)顯示及儲存。進一步的，在步驟二中，各模塊的檢測結(jié)果通過所述的檢測柱內(nèi)的電路模塊傳輸至顯示控制器。更進一步的，所述泥漿密度檢測模塊檢測泥漿密度參數(shù)時，首先通過設(shè)于泥漿中的多個壓力傳感器測試出各自所在深度的泥漿壓力值，并轉(zhuǎn)換為數(shù)字量傳輸至檢測柱內(nèi)的第一處理電路處理，計算出固定深度間隔的壓強差Λ P，通過公式Λ P = PgAh，從而計算出泥漿的密度，獲取泥漿密度的實時數(shù)據(jù)包。更進一步的，所述泥漿流變性檢測模塊檢測泥漿粘度及切力參數(shù)時，被測泥漿處于同心的內(nèi)筒和外筒的環(huán)形空間內(nèi)，通過顯示控制器控制檢測柱內(nèi)的驅(qū)動電路，實現(xiàn)調(diào)速電機變兩速600r/min和300r/min，對應(yīng)的速度階梯或剪切速率分別為1022s—1和511s—1，外筒通過調(diào)速電機驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，外筒通過被測泥漿對內(nèi)筒產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，通過轉(zhuǎn)矩傳感器收集并傳輸至檢測柱內(nèi)的第二處理電路處理，使內(nèi)筒旋轉(zhuǎn)相應(yīng)角度，分別反映在刻度盤的表針讀數(shù)θ_、Θ·，根據(jù)牛頓定律，該轉(zhuǎn)角的大小與泥漿的粘度成正比，根據(jù)如下公式計算出泥漿的粘度及切力，從而獲取泥漿粘度及切力的實時數(shù)據(jù)包表觀粘度Ila =I = ==臺 θ_ X 10~3(Pa-s) = i θ_ (mPa-s)塑性粘度
γλλο·/] ,, — "^600 —丁300 — O.fill ( goo 300 ) _ roο \ ^ 1 Λ-^.
μΡ—Y 酬 — ^1022-511^-10600 ~03oo)x 10 lPa s)= — 300 ( m^a ■s )■
9切力
τ0 = τ -μργ = τ 6(ι(|-μ ρ γ 6(ι(ι = O. 511 θ 6(|(|-( θ 6(|(|-θ 300) X IO-3 X 1022 =0.511(2Θ 300-Θ 600)Ρβ；式中θ 600—600r/min 時刻度盤的表針讀數(shù)；Θ 300r/min 時刻度盤的表針讀數(shù)；τ 一剪切應(yīng)力，Pa ; Y—剪切速率，s—1 ； η a—表觀粘度，mPa . s ； μ ρ—塑性粘度，mpa · s；To—動切力，Pa。更進一步的，所述泥漿潤滑性檢測模塊檢測泥漿的潤滑性參數(shù)時，通過顯示控制器控制檢測柱內(nèi)的驅(qū)動電路，實現(xiàn)恒速電機驅(qū)動摩擦副勻速旋轉(zhuǎn)，夾塊克服與摩擦副之間原本存在的預(yù)壓力而產(chǎn)生軸向扭矩，通過扭矩傳感器收集并傳輸至檢測柱內(nèi)的第三處理電路處理,根據(jù)公式F = up ;式中F摩擦力，N ；p摩擦面上的垂直作用力，N ；u摩阻系數(shù)，計算出摩擦副與夾塊接觸面的摩阻系數(shù)，用以表示泥漿的潤滑性，從而獲取泥漿潤滑性的實時數(shù)據(jù)包。相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果本發(fā)明通過將泥漿混配系統(tǒng)與泥漿性能參數(shù)檢測系統(tǒng)相結(jié)合，在混配泥漿的同時對泥漿的密度、粘度、切力、潤滑性和失水量進行實時 檢測，并根據(jù)檢測結(jié)果對泥漿混配工作進行實時調(diào)整和控制，能夠使泥漿具有優(yōu)越的綜合性能參數(shù)，真正實現(xiàn)了泥漿配制科學(xué)化和性能定量化，大大改進了鉆進泥漿現(xiàn)場應(yīng)用的技術(shù)，可以顯著提高施工效率，保證施工質(zhì)量和安全，降低施工成本；本發(fā)明革新了以往均勻性差、指標(biāo)參數(shù)不清、效率低的泥漿混配系統(tǒng)，得出一種更適合鉆進施工工況的新型泥漿混配系統(tǒng)，可以大大提高工程施工質(zhì)量和效率，降低工程事故發(fā)生率，給相關(guān)行業(yè)的施工提供先進、便利的技術(shù)手段，具有顯著的經(jīng)濟和社會效益前景。


圖I為實施例所述的泥漿混配系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖I中所示的泥漿混配系統(tǒng)的側(cè)視示意圖；圖3為實施例所述的泥漿性能參數(shù)檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為實施例所述的泥漿性能參數(shù)檢測系統(tǒng)的工作原理圖；圖5為泥漿粘度與切力檢測原理圖；圖6為泥漿潤滑性檢測原理圖。圖中I、攪拌罐；2、第一電機；3、自吸泵；4、吸水硬管；5、第一蝶閥；6、第一軟管；7、吸水口 ；8、出水硬管；9、第一三通管；10、第二蝶閥；11、第一硬彎管；12、第二軟管；13、自循環(huán)出水口 ；14、第三蝶閥；15、第二硬彎管；16、第二三通管；17、第三硬彎管；18、第三軟管；19、進料水口 ；20、第四蝶閥；21、料斗；22、第二電機；23、減速機；24、攪拌器；25、扶正套；26、排水口 ；27、射吸管；28、盛份器；101、檢測柱；102、第一壓力傳感器；103、泥漿；104、泥漿流變性檢測模塊；105、泥衆(zhòng)潤滑性檢測模塊；106、顯不控制器；107、調(diào)速電機；108、第一聯(lián)軸器；109、第一轉(zhuǎn)動軸；110、外筒；111、內(nèi)筒；112、內(nèi)筒軸；113、轉(zhuǎn)矩傳感器；114、第一電子倉座；115、第一電子倉；116、恒速電機；117、摩擦副；118、夾塊；119、支撐座；120、支撐軸；121、扭矩傳感器；122、第二壓力傳感器；123、第三壓力傳感器；124、第二電子倉座；125、第二電子倉；126、第二聯(lián)軸器；127、第二轉(zhuǎn)動軸。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖并通過具體實施方式
來進一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。參見圖I 6所示，一種具有性能參數(shù)智能檢測功能的泥漿混配系統(tǒng)，包括泥漿混配系統(tǒng)以及泥漿性能智能檢測系統(tǒng)，兩者有機的結(jié)合，方便現(xiàn)場使用。其中，泥漿混配系統(tǒng)包括用于盛裝泥漿的攪拌罐1，以及用于將攪拌罐I內(nèi)的泥漿吸出并排回攪拌罐的泥漿自循環(huán)系統(tǒng)、用于將攪拌罐I內(nèi)泥漿吸出并經(jīng)加料后排回攪拌罐的泥漿加料循環(huán)系統(tǒng)、用于將攪拌罐I內(nèi)的泥漿攪拌均勻的泥漿攪拌系統(tǒng)和排渣系統(tǒng)。參見圖I、圖2所示，本實施例的攪拌罐I選用12m3的攪拌系統(tǒng)水箱，在攪拌罐I一側(cè)的底座上設(shè)置有第一電機2，第一電機2的輸出軸通過聯(lián)軸器連接自吸泵3的控制端，自吸泵3的進水口依次通過吸水硬管4、第一蝶閥5、第一軟管6與攪拌罐I的吸水口 7連接，以實現(xiàn)自吸泵3的吸水；自吸泵3的出水口依次連接有出水硬管8和第一三通管9，第 一三通管9的第一出口依次通過第二蝶閥10、第一硬彎管11、第二軟管12與攪拌罐I的自循環(huán)出水口 13連接。第一三通管9的第二出口依次通過第三蝶閥14、第二硬彎管15、第二三通管16、第三硬彎管17、第三軟管18與攪拌罐I的進料水口 19連接，第二三通管16的用于連接第二硬彎管15的第一連接端的內(nèi)部設(shè)置射吸管27，第二三通管16的用于連接第三硬彎管17的第二連接端的內(nèi)部設(shè)置盛份器28，第二三通管16的第三連接端通過第四蝶閥20與料斗21連接?；炫湎到y(tǒng)運行時，若開啟第一蝶閥5和第二蝶閥10，同時關(guān)閉第三蝶閥14，此時泥漿自循環(huán)系統(tǒng)工作，實現(xiàn)泥漿自循環(huán)運行模式，泥漿從吸水口 7吸出，從自循環(huán)出水口 13排回攪拌罐1，其間沒有任何添加介質(zhì)；若開啟第一蝶閥5和第三蝶閥14，同時關(guān)閉第二蝶閥10，此時泥漿加料循環(huán)系統(tǒng)工作，實現(xiàn)泥漿加料循環(huán)運行模式，泥漿從吸水口 7吸出，完全通過射吸管27和盛份器28組合的射吸裝置，在料斗21的底部產(chǎn)生真空負(fù)壓，讓大氣壓強把膨潤土等添加介質(zhì)壓入射吸裝置，從而伴隨泥漿源源不斷進入攪拌罐1，進入循環(huán)系統(tǒng)的添加介質(zhì)再通過泥漿攪拌系統(tǒng)的攪拌，從而達到均勻混合，科學(xué)配比的設(shè)計目的。泥漿攪拌系統(tǒng)包括設(shè)于攪拌罐I頂部的第二電機22、與第二電機22連接的減速機23、由第二電機22及減速機23驅(qū)動的泥漿攪拌器24，攪拌器24由攪拌罐I頂部豎直向下延伸入其內(nèi)部，攪拌器24底部與攪拌罐I底部之間設(shè)有用于在泥漿攪拌器轉(zhuǎn)動時起扶正作用的扶正套25。攪拌工作開始時，第二電機22啟動，經(jīng)減速機23減速，驅(qū)動攪拌器24在攪拌罐I內(nèi)進行轉(zhuǎn)動攪拌，在扶正套25的扶正作用下穩(wěn)定運行，科學(xué)高效的完成對新配泥漿的均勻攪拌工作。排渣系統(tǒng)包括設(shè)置于攪拌罐I的一側(cè)底部的排水口 26，且排水口 26處裝有第五蝶閥，科學(xué)、合理的人性化設(shè)計輕松、便捷、高效的實現(xiàn)了泥漿混配系統(tǒng)的排渣和檢修工作?；炫湎到y(tǒng)中的每個軟、硬管連接處均設(shè)有卡箍加固，能有效的防止連接處漏水；第一蝶閥5、第二蝶閥10、第三蝶閥14、第四蝶閥20、第五蝶閥均采用手動對夾式蝶閥；第一電機2和第二電機22均采用三相異步電動機。參見圖3、圖4所示，泥漿性能智能檢測系統(tǒng)包括泥漿密度檢測模塊、泥漿流變性檢測模塊104、泥漿潤滑性檢測模塊105和顯示控制器106，且所述的各模塊通過設(shè)置于攪拌罐I內(nèi)的檢測柱101的電路模塊與顯示控制器106連接，顯示控制器內(nèi)設(shè)置泥漿失水量檢測模塊。通過泥漿密度檢測模塊檢測被測泥漿的密度，通過泥漿流變性檢測模塊104檢測被測泥漿的粘度和切力，通過泥漿潤滑性檢測模塊105檢測被測泥漿的潤滑性，并將上述的檢測結(jié)果通過通信技術(shù)傳輸至顯示控制器106，用以實時顯示及儲存上述的各檢測結(jié)果，同時根據(jù)上述的檢測結(jié)果推算出泥漿的失水量，并進行數(shù)據(jù)的顯示和儲存。顯示控制器106采用單片機作為檢測記錄、控制顯示接口、控制存儲接口的核心部件，采用液晶顯示器(或數(shù)碼管)作為檢測數(shù)值和臨界提示的直接顯示部件，顯示控制器106還設(shè)置有USB接口，用于連接外部設(shè)備，例如，可以與專家系統(tǒng)連接指導(dǎo)施工。參見圖3所示，攪拌罐I內(nèi)垂直于其底部設(shè)置有檢測柱101，在泥漿103中且垂直于檢測柱設(shè)置有三個壓力傳感器，三個壓力傳感器在豎直面上呈間隔設(shè)置，由上至下依次為第一壓力傳感器102、第二壓力傳感器122、第三壓力傳感器123，分別用以測量各自所在深度的壓力值，檢測柱101內(nèi)設(shè)置第一處理電路，用以收集各壓力值，并根據(jù)公式P = P gh，計算出固定深度間隔的壓強差Λ P ;通過Λ P = PgAh，從而計算出泥漿103的密度，從而·將測得的壓力值換算成密度值，獲取泥漿103密度的實時數(shù)據(jù)包A。本實施例的密度測試采用液體壓強測試原理，將壓力傳感器置于泥漿罐中固定深度位置，檢測其上部泥漿的密度；密度測試范圍O. 5 2. Og/cm3，精度不低于O. 5%。參見圖3、圖5所示，泥漿流變性檢測模塊104設(shè)于攪拌罐I內(nèi)，包括潛水密封調(diào)速電機107和一端開口的外筒110,調(diào)速電機107的輸出軸通過第一聯(lián)軸器108連接第一轉(zhuǎn)動軸109的一端，第一轉(zhuǎn)動軸109的另一端螺紋連接外筒110的封口端，外筒110的開口端內(nèi)部與其同心的套設(shè)內(nèi)筒111，外筒110與內(nèi)筒111之間具有環(huán)形空間，內(nèi)筒111設(shè)有內(nèi)筒軸112，內(nèi)筒軸112第一端伸入內(nèi)筒111的內(nèi)部，內(nèi)筒軸112的第二端通過軸承連接第一電子倉座114，且內(nèi)筒軸112的第二端固定連接有轉(zhuǎn)矩傳感器113，轉(zhuǎn)矩傳感器113通過電子倉座上的第一電子倉115與檢測柱101內(nèi)的第二處理電路連接，調(diào)速電機107的控制端與檢測柱101內(nèi)的驅(qū)動電路連接，驅(qū)動電路通信連接顯示控制器106。被測泥漿處于兩個同心圓筒間的環(huán)形空間內(nèi)，調(diào)速電機107控制外筒110旋轉(zhuǎn)，外筒110通過被測泥漿作用于內(nèi)筒111產(chǎn)生一個轉(zhuǎn)矩，通過轉(zhuǎn)矩傳感器113收集并傳輸至檢測柱101內(nèi)的第二處理電路處理，使內(nèi)筒111旋轉(zhuǎn)一個相應(yīng)角度，根據(jù)牛頓定律，該轉(zhuǎn)角的大小與泥漿的粘度成正比，于是泥漿粘度的測量轉(zhuǎn)為內(nèi)筒111轉(zhuǎn)角的測量。本實施例中，顯示控制器106控制檢測柱101內(nèi)的驅(qū)動電路，實現(xiàn)調(diào)速電機107變兩速600r/min和300r/min，對應(yīng)的速度階梯或剪切速率分別為1022s—1和511s—1，對應(yīng)的內(nèi)筒111轉(zhuǎn)角分別反映在刻度盤的表針讀數(shù)Θ _、Θ ■，根據(jù)如下公式計算出泥漿的粘度及切力，從而獲取泥漿粘度及切力的實時數(shù)據(jù)包B 表觀粘度1Ia = y = 1^2 = ~= 2 eo° X IO (Pa-s) = 2 6oo (mPa-s)塑性粘度
「mPl it — TfiOO—丁300 — 0-511 ( 300 ) roο w-1.
μΡ~Y600 "Y3OO--1022 — 511 (θ_ θ·)χ10 {Pa s〕= 600 — 300 I. nl^a ■s .).
9
切力τ0 = τ -μργ = τ μ ρ γ _ = O. 511 θ 關(guān)-(θ 關(guān)-θ ■) X 1(Γ3 X 1022 =
0.511(2Θ 300-Θ 600)Ρβ；式中θ 600—600r/min 時刻度盤的表針讀數(shù)；Θ 300r/min 時刻度盤的表針讀數(shù)；τ 一剪切應(yīng)力，Pa ; Y—剪切速率，s—1 ； η a—表觀粘度，mPa . s ； μ ρ—塑性粘度，mPa · s；To一動切力，Pa。本實施例中粘度及切力測試采用同心內(nèi)外筒相對旋轉(zhuǎn)原理,測試泥漿罐內(nèi)該儀器內(nèi)、外筒圓環(huán)中泥漿粘度與切力；粘度測試范圍I 55mPa · s，精度不低于2. 5% ;切力測試范圍O. 5 20Pa，精度不低于2. 5%。
參見圖3、圖6所示，泥漿潤滑性檢測模塊105設(shè)于攪拌罐I內(nèi)，包括潛水密封恒速電機116,恒速電機116的輸出軸通過第二聯(lián)軸器126連接第二轉(zhuǎn)動軸127的一端,第二轉(zhuǎn)動軸127的另一端連接摩擦副117，摩擦副117的外圍與其相接觸的套設(shè)夾塊118，夾塊118端部連接有支撐座119，支撐座119設(shè)有支撐軸120，支撐軸120第一端伸入支撐座119的內(nèi)部，支撐軸120的第二端通過軸承連接第二電子倉座124，且支撐軸120的第二端固定連接有扭矩傳感器121，扭矩傳感器121通過電子倉座上的第二電子倉125與檢測柱101內(nèi)的第三處理電路連接,恒速電機116的控制端與檢測柱101內(nèi)的驅(qū)動電路連接，驅(qū)動電路通信連接顯示控制器106。當(dāng)一個物體在另一個物體表面做平行滑動時，就會產(chǎn)生一個摩擦力，其大小與作用在摩擦面上的作用力成正比。即F = up式中F摩擦力，N;ρ摩擦面上的垂直作用力，N ；u摩阻系數(shù)。其中，摩阻系數(shù)U，不但與接觸物體的質(zhì)料及表面狀況有關(guān)，而且與相對運動速度的大小有關(guān)。泥漿潤滑性檢測模塊就是在固定壓力(P)下，通過測定在潤滑劑形成“液膜”后摩擦力大小，測試摩阻系數(shù)u的值，用來表示潤滑劑泥漿的潤滑性。其工作過程通過恒速電機116帶動轉(zhuǎn)動軸以設(shè)定速度勻速轉(zhuǎn)動，帶動摩擦副117旋轉(zhuǎn)；由于摩擦副117和夾塊118之間存在設(shè)定的壓力，夾塊118受摩擦力產(chǎn)生軸向扭矩，帶動其同軸的扭矩傳感器121，從而輸出測量信號，由第三處理電路處理后獲得泥漿潤滑性數(shù)據(jù)包C。本實施例中潤滑系數(shù)測試采用接觸金屬環(huán)相對轉(zhuǎn)動扭矩-驅(qū)動電流關(guān)系法測試攪拌罐中泥漿的潤滑系數(shù)；潤滑系數(shù)測試范圍0. 03 O. 75，精度不低于3. 5%。顯示控制器106設(shè)于攪拌罐I的一側(cè)外壁，顯示控制器106與檢測柱101有線連接，實現(xiàn)第一處理電路、第二處理電路、第三處理電路通信連接顯示控制器，以將數(shù)據(jù)包A、數(shù)據(jù)包B、數(shù)據(jù)包C進行捆綁，通過通信技術(shù)傳輸至顯示控制器106，顯示控制器106將捆綁的數(shù)據(jù)解壓，泥漿失水量檢測模塊通過實驗理論計算分析得出泥漿的失水量，本實施例中失水量測試采用密度、粘度、切力三參數(shù)綜合法組合計算泥漿罐中泥漿的失水量；失水量測試范圍1 35mL/30min，精度不低于5. 0%，然后將各項對應(yīng)參數(shù)進行顯示，同時對數(shù)據(jù)進行存儲。以上結(jié)合具體實施例描述了本發(fā)明的技術(shù)原理。這些描述只是為了解釋本發(fā)明的原理，而不能以任何方式解釋為對本發(fā)明保護范圍的限制?；诖颂幍慕忉專绢I(lǐng)域的技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性的勞動即可聯(lián)想到本發(fā)明的其它具體實施方式
，這些方式都將落入 本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種具有性能參數(shù)智能檢測功能的泥漿混配系統(tǒng)，其特征在于，包括泥漿混配系統(tǒng)以及泥漿性能智能檢測系統(tǒng)，所述泥漿性能智能檢測系統(tǒng)包括泥漿密度檢測模塊、泥漿流變性檢測模塊、泥漿潤滑性檢測模塊和顯示控制器，且所述的各模塊與所述顯示控制器通過有線或者無線方式連接，所述顯示控制器帶有泥漿失水量檢測模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有性能參數(shù)智能檢測功能的泥漿混配系統(tǒng)，其特征在于，所述泥漿混配系統(tǒng)包括用于盛裝泥漿的攪拌罐，以及用于將攪拌罐內(nèi)的泥漿吸出并排回攪拌罐的泥漿自循環(huán)系統(tǒng)、用于將攪拌罐內(nèi)泥漿吸出并經(jīng)加料后排回攪拌罐的泥漿加料循環(huán)系統(tǒng)、用于將攪拌罐內(nèi)的泥漿攪拌均勻的泥漿攪拌系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有性能參數(shù)智能檢測功能的泥漿混配系統(tǒng)，其特征在于，所述攪拌罐的內(nèi)部設(shè)置檢測柱，所述顯示控制器設(shè)于所述攪拌罐的外部，所述檢測柱的內(nèi)部設(shè)置電路模塊，所述電路模塊分別連接所述泥漿密度檢測模塊、所述泥漿流變性檢測模塊、所述泥漿潤滑性檢測模塊，用以接受并處理所述的各模塊檢測結(jié)果，所述檢測柱與所述顯示控制器通過有線或者無線方式連接，以使所述電路模塊通信連接所述顯示控制器，用以將經(jīng)過處理后的檢測結(jié)果進行再次處理、顯示和儲存。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有性能參數(shù)智能檢測功能的泥漿混配系統(tǒng)，其特征在于，所述檢測柱垂直于所述攪拌罐的底部設(shè)置，所述泥漿密度檢測模塊包括位于泥漿中且垂直于檢測柱設(shè)置的多個壓力傳感器，所述多個壓力傳感器在豎直面上呈間隔設(shè)置，用以測量各壓力傳感器所在深度的泥漿壓力值，所述檢測柱內(nèi)設(shè)置用于將測得的泥漿壓力值換算成泥漿密度值的第一處理電路，所述第一處理電路通信連接所述顯示控制器。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有性能參數(shù)智能檢測功能的泥漿混配系統(tǒng)，其特征在于，所述泥漿流變性檢測模塊包括設(shè)于所述攪拌罐內(nèi)可調(diào)速的潛水電機和一端開口的外筒，所述電機的輸出軸連接所述外筒的封口端，所述外筒的開口端內(nèi)部與其同心的套設(shè)內(nèi)筒，且所述外筒與所述內(nèi)筒之間具有環(huán)形空間，所述內(nèi)筒設(shè)有內(nèi)筒軸，所述內(nèi)筒軸第一端伸入所述內(nèi)筒的內(nèi)部，所述內(nèi)筒軸的第二端通過軸承連接電子倉座，且所述內(nèi)筒軸的第二端固定連接有轉(zhuǎn)矩傳感器，所述轉(zhuǎn)矩傳感器通過電子倉座上的電子倉與所述檢測柱內(nèi)的第二處理電路連接，所述電機的控制端與檢測柱內(nèi)的驅(qū)動電路連接，所述第二處理電路、所述驅(qū)動電路均通信連接所述顯示控制器。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有性能參數(shù)智能檢測功能的泥漿混配系統(tǒng)，其特征在于，所述泥漿潤滑性檢測模塊包括設(shè)于攪拌罐內(nèi)的恒速潛水電機，所述電機的輸出軸連接摩擦畐0，所述摩擦副的外圍與其相接觸的套設(shè)夾塊，所述夾塊端部連接有支撐座，所述支撐座設(shè)有支撐軸，所述支撐軸第一端伸入所述支撐座的內(nèi)部，所述支撐軸的第二端通過軸承連接電子倉座，且所述支撐軸的第二端固定連接有扭矩傳感器，所述扭矩傳感器通過電子倉座上的電子倉與所述檢測柱內(nèi)的第三處理電路連接，所述電機的控制端與檢測柱內(nèi)的驅(qū)動電路連接，所述第三處理電路、所述驅(qū)動電路均通信連接所述顯示控制器。
7.根據(jù)權(quán)利要求2 6任一項所述的具有性能參數(shù)智能檢測功能的泥漿混配系統(tǒng)，其特征在于，所述泥漿自循環(huán)系統(tǒng)包括設(shè)置在攪拌罐一側(cè)的第一電機，所述第一電機的輸出軸連接自吸泵的控制端，所述自吸泵的進水口依次通過吸水硬管、第一蝶閥、第一軟管與所述攪拌罐的吸水口連接，以實現(xiàn)自吸泵的吸水，所述自吸泵的出水口依次連接有出水硬管和第一三通管，所述第一三通管的第一出口依次通過第二蝶閥、第一硬彎管、第二軟管與所述攪拌罐的自循環(huán)出水口連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的具有性能參數(shù)智能檢測功能的泥漿混配系統(tǒng)，其特征在于，所述第一三通管的第二出口依次通過第三蝶閥、第二硬彎管、第二三通管、第三硬彎管、第三軟管與所述攪拌罐的進料水口連接，所述第二三通管的用于連接第二硬彎管的第一連接端的內(nèi)部設(shè)置射吸管，所述第二三通管的用于連接第三硬彎管的第二連接端的內(nèi)部設(shè)置盛份器，所述第二三通管的第三連接端通過第四蝶閥與料斗連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求2 6任一項所述的具有性能參數(shù)智能檢測功能的泥漿混配系統(tǒng)，其特征在于，所述泥漿攪拌系統(tǒng)包括設(shè)于所述攪拌罐頂部的第二電機、與第二電機連接的減速機、由第二電機及減速機驅(qū)動的泥漿攪拌器，所述泥漿攪拌器由攪拌罐頂部豎直向下延伸入其內(nèi)部，所述泥漿攪拌器底部與所述攪拌罐底部之間設(shè)有用于在泥漿攪拌器轉(zhuǎn)動時起扶正作用的扶正套。
10.根據(jù)權(quán)利要求2 6任一項所述的具有性能參數(shù)智能檢測功能的泥漿混配系統(tǒng)，其特征在于，所述泥漿混配系統(tǒng)還包括排渣系統(tǒng)，所述排渣系統(tǒng)包括設(shè)置于所述攪拌罐的一側(cè)底部的排水口，且所述排水口處裝有第五蝶閥。
11.一種泥漿混配系統(tǒng)的泥漿性能參數(shù)的檢測方法，其特征在于，包括如下步驟， 步驟一通過泥漿密度檢測模塊檢測泥漿密度參數(shù)，通過泥漿流變性檢測模塊檢測泥漿粘度及切力參數(shù)，通過泥漿潤滑性檢測模塊檢測泥漿的潤滑性參數(shù)； 步驟二 將各模塊的檢測結(jié)果通過通信技術(shù)傳輸至顯示控制器，由顯示控制器進行數(shù)據(jù)顯示及存儲，同時，上述的檢測結(jié)果被捆綁打包，集中傳輸至泥漿失水量檢測模塊，經(jīng)過實驗理論計算分析得出泥漿失水量參數(shù)，并將該數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)顯示及存儲。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的泥漿混配系統(tǒng)的泥漿性能參數(shù)的檢測方法，其特征在于，在步驟二中，各模塊的檢測結(jié)果通過權(quán)利要求3所述的檢測柱內(nèi)的電路模塊傳輸至顯示控制器。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的泥漿混配系統(tǒng)的泥漿性能參數(shù)的檢測方法，其特征在于，所述泥漿密度檢測模塊檢測泥漿密度參數(shù)時，首先通過設(shè)于泥漿中的多個壓力傳感器測試出各自所在深度的泥漿壓力值，并轉(zhuǎn)換為數(shù)字量傳輸至檢測柱內(nèi)的第一處理電路處理，計算出固定深度間隔的壓強差Λ P，通過公式Λ P = P gAh，從而計算出泥漿的密度，獲取泥漿密度的實時數(shù)據(jù)包。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的泥漿混配系統(tǒng)的泥漿性能參數(shù)的檢測方法，其特征在于，所述泥漿流變性檢測模塊檢測泥漿粘度及切力參數(shù)時，被測泥漿處于同心的內(nèi)筒和外筒的環(huán)形空間內(nèi)，通過顯示控制器控制檢測柱內(nèi)的驅(qū)動電路，實現(xiàn)調(diào)速電機變兩速600r/min和300r/min，對應(yīng)的速度階梯或剪切速率分別為1022s—1和511s—1，外筒通過調(diào)速電機驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，外筒通過被測泥漿對內(nèi)筒產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，通過轉(zhuǎn)矩傳感器收集并傳輸至檢測柱內(nèi)的第二處理電路處理，使內(nèi)筒旋轉(zhuǎn)相應(yīng)角度，分別反映在刻度盤的表針讀數(shù)θ_、Θ·，根據(jù)牛頓定律，該轉(zhuǎn)角的大小與泥漿的粘度成正比，根據(jù)如下公式計算出泥漿的粘度及切力，從而獲取泥漿粘度及切力的實時數(shù)據(jù)包 表觀粘度
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的泥漿混配系統(tǒng)的泥漿性能參數(shù)的檢測方法，其特征在于，所述泥漿潤滑性檢測模塊檢測泥漿的潤滑性參數(shù)時，通過顯示控制器控制檢測柱內(nèi)的驅(qū)動電路，實現(xiàn)恒速電機驅(qū)動摩擦副勻速旋轉(zhuǎn)，夾塊克服與摩擦副之間原本存在的預(yù)壓力而產(chǎn)生軸向扭矩，通過扭矩傳感器收集并傳輸至檢測柱內(nèi)的第三處理電路處理，根據(jù)公式F =up;式中F—摩擦力，N ;p---摩擦面上的垂直作用力，N ;U—摩阻系數(shù)，計算出摩擦副與夾塊接觸面的摩阻系數(shù)，用以表示泥漿的潤滑性，從而獲取泥漿潤滑性的實時數(shù)據(jù)包。
全文摘要
本發(fā)明公開一種具有性能參數(shù)智能檢測功能的泥漿混配系統(tǒng)，包括泥漿混配系統(tǒng)以及泥漿性能智能檢測系統(tǒng)，泥漿性能智能檢測系統(tǒng)包括泥漿密度檢測模塊、泥漿流變性檢測模塊、泥漿潤滑性檢測模塊和顯示控制器，且所述的各模塊與顯示控制器通過有線或者無線方式連接，顯示控制器帶有泥漿失水量檢測模塊。本發(fā)明通過將泥漿混配系統(tǒng)與泥漿性能參數(shù)檢測系統(tǒng)相結(jié)合，在混配泥漿的同時對泥漿的密度、粘度、切力、潤滑性和失水量進行實時檢測，能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場精確、高效、便捷地混配泥漿，并顯示記錄泥漿的性能參數(shù)，真正實現(xiàn)了泥漿配制科學(xué)化和性能定量化，大大改進了鉆進泥漿現(xiàn)場應(yīng)用的技術(shù)，可以顯著提高施工效率，保證施工質(zhì)量和安全，降低施工成本。
文檔編號E21B21/06GK102839934SQ201210280560
公開日2012年12月26日 申請日期2012年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月8日
發(fā)明者靳玉生, 烏效鳴 申請人:無錫市鉆通工程機械有限公司, 中國地質(zhì)大學(xué)(武漢), 深圳市鉆通工程機械股份有限公司