固控设备沉降式卧螺离心机是处理钻井液的重要工艺设备,对于钻井液中加重剂的回收、有害固相的去除起到了十分重要的作用。其具有可处理固相颗粒粒径小、适应性强、操作简单等优势。但由于钻井液复杂性质,钻井过程中钻井液会转变参数特性等,使得离心机在处理钻井液时将会有一系列问题产生,如物料分布不均引起的振动问题,物料回流引起的处理量问题以及处理量超载引起的物料堆积等问题。且对比国内外沉降式卧螺离心机发展现状,可知大处理量离心机为离心机的发展大趋势。就以上问题,本文从钻井液进料扩散慢和切向速度滞后等问题着手,通过对理论的分析,改进离心机结构,并通过模拟仿真的方法,对钻井液离心机进行关键结构优化设计。以期得到沉降速度快、分离效率高、处理量大的沉降式卧螺离心机,且能为离心机结构改进提供一定价值的参考。本文根据沉降式离心机的设计理论,初选设计离心机的模型为LW355-1250,并对其结构进行改进设计。首先,根据离心机设计准则,对离心机转鼓参数进行选择计算。通过转鼓参数,确定进料腔的外径以及壁厚等参数,再对进料腔进行结构设计优选以及对其加速叶轮线型以及线型参数进行选择。通过对进料腔进、出口尺寸大小对流场的影响,进行分析得到最优进料腔出口长度。对加速装置的加速叶轮进行叶型(圆柱叶片、扭曲叶片和复合叶片)、型线(单圆弧和多圆弧)、曲线参数(进出口直径和进出口安置角)以及叶片数等因素对进料腔内流场的速度、湍流强度的影响的分析对比,对加速装置进行了参数优选,最终得到最优进料腔参数、最优型线和最优叶型。基于圆柱最优叶片形式,对设计几何轮廓叶片作用下的流场进行模拟仿真,通过对流体速度、压强等分析,得到最优叶片轮廓。通过对所设计参数下的常规型离心机和加速型离心机作用下的钻井液进行流场分析,并对比其物料分布规律、切向速度变化规律以及分离效率,验证了加速型沉降式离心机的分离性能。且对常规型和加速型离心机对不同参数下物料的适应性进行了分析,验证了加速型离心机对物料具有较好的适应性。运用流固耦合理论,对常规型和加速型离心机的螺旋推料器均进行了结构强度分析,验证了离心机的强度。