CN107150885B - 混砂车用变螺距螺旋输砂绞龙 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混砂车用变螺距螺旋输砂绞龙，包括：壳体，其倾斜设置，所述壳体的进料端连通进料斗、出料端连通混砂罐；绞龙轴，其设置在所述壳体内部，所述绞龙轴与电机的输出轴连接，所述电机驱动所述绞龙轴旋转；螺旋叶片，其同轴设置在所述绞龙轴上、并与所述壳体内壁间隙配合，所述螺旋叶片包括位于下部的第一部分和位于上部的第二部分，所述第一部分等螺距设置、所述第二部分的螺距自下至上递减设置，所述第二部分与所述第一部分的连接处的螺距不小于所述第一部分的螺距。本发明结构适用性强，能够有效应用在压裂作业的输砂设备中，提高整体设备的性能，减少输砂量的波动，提高输砂作业的质量。

Description

混砂车用变螺距螺旋输砂绞龙

技术领域

本发明涉及石油装备技术领域。更具体地说，本发明涉及一种混砂车用变螺距螺旋输砂绞龙。

背景技术

水力压裂是目前广泛应用的油气井增产措施，水力压裂过程中需要加入大量的砂粒挤入岩层，支撑液压碎裂的岩层，建立原油流通孔隙通道。随着石油开采时间的推移，产量日渐减少，需要更多的水力压裂作业来增产。混砂车是压裂设备的主要组成部分，螺旋输砂器是其核心部件，其性能发挥的好坏，直接影响现场施工的效率和质量。

现有的压裂作业混砂车的螺旋输砂装置，也叫绞龙，由绞龙轴、螺旋叶片、外壳组成，上端装有传动机构，下端配装轴承及密封结构。采用螺旋形式向上传送石英砂、涂料砂等硬度较大的固体颗粒。现有的螺旋输砂器在现场使用过程中，进料斗不停填砂，处于充满状态，当砂粒需求量大的时候，需要提高绞龙轴的转速，此时经常出现空化现象，导致输砂性能不稳定，输出砂量波动大，控制精度难以提高。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种混砂车用变螺距螺旋输砂绞龙，其结构适用性强，能够有效应用在压裂作业的输砂设备中，提高整体设备的性能，减少输砂量的波动，提高输砂作业的质量。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种混砂车用变螺距螺旋输砂绞龙，包括：

壳体，其倾斜设置，所述壳体的进料端连通进料斗、出料端连通混砂罐；

绞龙轴，其设置在所述壳体内部，所述绞龙轴与电机的输出轴连接，所述电机驱动所述绞龙轴旋转；

螺旋叶片，其同轴设置在所述绞龙轴上、并与所述壳体内壁间隙配合，所述螺旋叶片包括位于下部的第一部分和位于上部的第二部分，所述第一部分等螺距设置、所述第二部分的螺距自下至上递减设置，所述第二部分与所述第一部分的连接处的螺距不小于所述第一部分的螺距。

优选的是，所述的混砂车用变螺距螺旋输砂绞龙，第一部分与第二部分的轴向长度比小于1:3。

优选的是，所述的混砂车用变螺距螺旋输砂绞龙，所述第一部分的螺距为所述螺旋叶片直径的0.5～0.6倍，所述第二部分的螺距为所述螺旋叶片直径的0.6～1倍。

优选的是，所述的混砂车用变螺距螺旋输砂绞龙，其特征在于，所述螺旋叶片与所述壳体内壁的间距为输送砂粒的直径的3～5倍。

优选的是，所述的混砂车用变螺距螺旋输砂绞龙，所述壳体、所述绞龙轴与水平线夹角为30～65°。

优选的是，所述的混砂车用变螺距螺旋输砂绞龙，所述绞龙轴上还设有等直径的至少一个螺旋子叶片，对于任一个螺旋子叶片，其设置在所述螺旋叶片的大螺距部的相邻两圈之间、并与所述螺旋叶片不冲突，所述螺旋子叶片与所述螺旋叶片的旋向一致、直径比为1:2～4，所述螺旋子叶片的螺距自下至上递减，其中，所述螺旋叶片的大螺距部为所述第二部分上螺距大于所述第一部分的螺距的部分。

优选的是，所述的混砂车用变螺距螺旋输砂绞龙，所述绞龙轴为内部中空结构，其内部同轴设有中空的输气管，所述绞龙轴与所述输气管之间形成输送清洗液的环状空腔，所述输气管内部形成输送空气的柱状空腔，所述绞龙轴与清洗液罐体连通、所述输气管与气缸连通，所述绞龙轴上设有多个送气孔和送液孔，所述送气孔与所述输气管密封连通，所述螺旋叶片的任意两圈之间均设有至少三个所述送气孔和至少三个所述送液孔，所述送气孔与所述送液孔上均设有电磁阀，所述螺旋叶片的每一圈的波峰处均设有重量传感器。

优选的是，所述的混砂车用变螺距螺旋输砂绞龙，所述输气管被分隔成抽气腔和送气腔，所述送气腔与所述送气孔连通，

所述螺旋叶片的大螺距部的任意两圈之间的下方叶片的上表面靠近边缘处设有振动机构，其包括：

基座，其内部形成一圆柱状空腔，所述基座上设有进气口与出气口，所述进气口、所述出气口分别通过柔性管体与所述送气腔、所述抽气腔密封连通；

滑轨，其为环形闭合状结构，所述滑轨同轴设置在所述基座的空腔内部，所述滑轨表面设有一U形滑槽；

刚性滑块，其为两头小、中间大的鼓形结构，所述刚性滑块的轴线平行于所述滑轨的轴线，所述刚性滑块的中部活动嵌设在所述滑槽上，所述刚性滑块的两头部为平面且平行于所述基座的空腔内壁，所述刚性滑块的两头部的平面上设有多个凸起，其与所述基座的空腔的内壁接触。

本发明至少包括以下有益效果：

第一、本发明的螺旋叶片为等径变螺距结构，第一部分螺距均匀且较小，进砂速度快，能够充分承接进料斗送入的砂粒，使砂粒以匀速向上传送，第二部分与第一部分的连接处螺距突然增大后沿物料输送方向的螺距逐渐变小，使压缩的砂粒充分膨胀、疏松，在增大绞龙转速的同时，砂粒输送速度快，不堆积、不挤压、摩擦力小，出口排砂量波动小，大大改善压裂作业时输砂过程中对输送量的控制，提高了设备的平稳性；

第二、第一部分与第二部分的轴向长度比小于1:3平衡绞龙转速提高与输送量的矛盾，确保输送量平稳的基础上提高蛟龙转速而不影响输出量平稳；第一部分、第二部分的螺距长度设置是通过砂粒仿真分析实验对比得到的最优化数据，出口排砂量最大且波动最小；螺旋叶片与壳体间隙设置，便于刚性金属砂粒在蛟龙旋转过程中顺利输送，不堆积、不挤压壳体内壁；壳体、绞龙轴倾斜设置的角度便于在混砂车上布置、设备平稳性最佳；

第三、同旋向螺旋子叶片的设置避免了螺距突然增大导致的松散现象，使砂粒获得更为合适的摊铺速度，保证砂粒在大螺距部的均匀性和饱满性，直径与螺距设置消除爬坡造成的挤压问题，减小与螺旋叶片的摩擦阻力，使输砂更加流畅；

第四、在螺旋叶片每一圈波峰处设置重量传感器，检测滞留的砂粒量，将绞龙轴内部分隔成空气流道和清洗液流道，当滞留的砂粒量大于阈值时，可通过空气流道鼓风清理，当输送量较大造成砂粒填充过于饱满，可通过清洗液流道补水润滑，当壳体内部需要清洗，可通过清洗液流道喷布清洗液，然后通过空气流道鼓风风干，维护简单，当正常输送作业过程中，可通过控制器关闭电磁阀避免堵塞绞龙轴内部；

第五、振动机构的设置避免了因螺距变大砂粒填充系数变小导致相同输送量造成的工作效率低的问题，其在绞龙不减少输送量、不降低输送速度的情况下，使物料与螺旋叶片、螺旋子叶片的摩擦阻力几乎为0，使饱满的砂粒输出并卸料，进气口、出气口分别与送气腔、抽气腔换气，柔性管体使气流在震动与转动过程平稳流动，滑块在滑轨的滑槽中被气流冲击转动振动，滑块的鼓面通过凸起在振动作用下与基座内壁接触、贴合然后远离，增大滑块与滑轨的接触面积，降低接触面受到的摩擦力、碰撞力产生的压强，加强狭小空间的振动效果。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的绞龙轴和螺旋叶片的结构示意图；

图3为本发明另一种技术方案的绞龙轴和螺旋叶片的结构示意图；

图4为本发明的基座的剖面图；

图5为本发明的刚性滑块的结构示意图；

图6为本发明的绞龙轴的径向截面示意图；

图7为本发明的螺距变化时输砂量的仿真数据图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1、2所示，本发明提供一种混砂车用变螺距螺旋输砂绞龙，包括：

壳体11，其倾斜设置，所述壳体11的进料端连通进料斗2、出料端连通混砂罐3；

绞龙轴12，其设置在所述壳体11内部，当壳体11的主体部分为圆柱状时，绞龙轴12与壳体11的主体部分同轴设置，绞龙轴12所述绞龙轴12与电机的输出轴连接，所述电机驱动所述绞龙轴12旋转；

螺旋叶片13，其同轴设置在所述绞龙轴12上、并与所述壳体11内壁间隙配合，间隙的大小以物料能通过为宜，所述螺旋叶片13包括沿轴线分割的位于下部的第一部分131和位于上部的第二部分132，所述第一部分131等螺距设置、所述第二部分132的螺距自下至上递减设置，所述第二部分132与所述第一部分131的连接处的螺距不小于所述第一部分131的螺距。

在上述技术方案中，螺旋叶片13为等径变螺距结构，第一部分131螺距均匀且较小，进砂速度快，能够充分承接进料斗2送入的砂粒，使砂粒以匀速向上传送，第二部分132与第一部分131的连接处的螺距突然增大后沿物料输送方向(即自下至上)的螺距逐渐变小，使压缩的砂粒充分膨胀、疏松，在增大绞龙转速的同时，砂粒输送速度快，不堆积、不挤压、摩擦力小，出口排砂量波动小，大大改善压裂作业时输砂过程中对输送量的控制，提高了设备的平稳性。

在另一种技术方案中，所述的混砂车用变螺距螺旋输砂绞龙，第一部分131与第二部分132的轴向长度比小于1:3，平衡绞龙转速提高与输送量的矛盾，确保输送量平稳的基础上提高蛟龙转速而不影响输出量平稳。

在另一种技术方案中，所述的混砂车用变螺距螺旋输砂绞龙，所述第一部分131的螺距为所述螺旋叶片13直径的0.5～0.6倍，所述第二部分132的螺距为所述螺旋叶片13直径的0.6～1倍，且数据是通过砂粒仿真分析实验对比得到的最优化数据，出口排砂量最大且波动最小，如图7所示，①为第一部分131螺距为0.53倍螺旋叶片13直径、第二部分132螺距为0.69倍螺旋叶片13直径，②为第一部分131螺距为0.53倍螺旋叶片13直径、第二部分132螺距为0.53倍螺旋叶片13直径递增至1倍螺旋叶片13直径，③为第一部分131螺距为0.53倍螺旋叶片13直径、第二部分132螺距为1倍螺旋叶片13直径递减至0.53倍螺旋叶片13直径，故可以看出，本技术方案的输砂量大、波动小、速度快。

在另一种技术方案中，所述的混砂车用变螺距螺旋输砂绞龙，所述螺旋叶片13与所述壳体11内壁的间距为输送砂粒的直径的3～5倍，便于刚性金属砂粒在蛟龙旋转过程中顺利输送，不堆积、不挤压壳体11内壁。

在另一种技术方案中，所述的混砂车用变螺距螺旋输砂绞龙，所述壳体11、所述绞龙轴12与水平线夹角为30～65°，便于在混砂车上布置、设备平稳性最佳。

在另一种技术方案中，如图3所示，所述的混砂车用变螺距螺旋输砂绞龙，所述绞龙轴12上还设有等直径的至少一个螺旋子叶片133，对于任一个螺旋子叶片133，其设置在所述螺旋叶片13的大螺距部的相邻两圈之间、并与所述螺旋叶片13不冲突，螺旋子叶片133所述螺旋子叶片133与所述螺旋叶片13的旋向一致、直径比为1:2～4，螺旋子叶片133螺旋叶片13所述螺旋子叶片133的螺距自下至上递减，其中，所述螺旋叶片13的大螺距部为所述第二部分132上螺距大于所述第一部分131的螺距的部分。同旋向螺旋子叶片133的设置避免了螺距突然增大导致的松散现象，使砂粒获得更为合适的摊铺速度，保证砂粒在大螺距部的均匀性和饱满性，直径与螺距设置消除爬坡造成的挤压问题，减小与螺旋叶片13的摩擦阻力，使输砂更加流畅。

在另一种技术方案中，所述的混砂车用变螺距螺旋输砂绞龙，所述绞龙轴12为内部中空结构，其内部同轴设有中空的输气管121，所述绞龙轴12与所述输气管121之间形成输送清洗液的环状空腔，所述输气管121内部形成输送空气的柱状空腔，所述绞龙轴12与清洗液罐体连通、所述输气管121与气缸连通，所述绞龙轴12上设有多个送气孔和送液孔，所述送气孔与所述输气管121密封连通，所述螺旋叶片13的任意两圈之间均设有至少三个所述送气孔和至少三个所述送液孔，所述送气孔与所述送液孔上均设有电磁阀，所述螺旋叶片13的每一圈的波峰处均设有重量传感器。在螺旋叶片13每一圈波峰处设置重量传感器，检测滞留的砂粒量，将绞龙轴12内部分隔成空气流道和清洗液流道，当滞留的砂粒量大于阈值时，可通过空气流道鼓风清理，当输送量较大造成砂粒填充过于饱满，可通过清洗液流道补水润滑，当壳体11内部需要清洗，可通过清洗液流道喷布清洗液，然后通过空气流道鼓风风干，维护简单，当正常输送作业过程中，可通过控制器关闭电磁阀避免堵塞绞龙轴12内部。

在另一种技术方案中，如图4、5、6所示，所述的混砂车用变螺距螺旋输砂绞龙，所述输气管121被分隔成抽气腔122和送气腔123，所述送气腔123与所述送气孔连通，

振动机构14所述螺旋叶片13的大螺距部的任意两圈之间的下方叶片的上表面靠近边缘处设有振动机构14，其包括：

基座141，其螺旋叶片13基座141内部形成一圆柱状空腔，所述基座141上设有进气口与出气口，所述进气口、所述出气口分别通过柔性管体与所述送气腔123、所述抽气腔122绞龙轴12密封连通；

滑轨142，滑轨142其为环形闭合状结构，所述滑轨142同轴设置在所述基座141的空腔内部，所述滑轨142表面设有一U形滑槽；

刚性滑块143，其刚性滑块143为两头小、中间大的鼓形结构，所述刚性滑块143的轴线平行于所述滑轨142的轴线，所述刚性滑块143的中部活动嵌设在所述滑槽上，所述刚性滑块143的两头部为平面且平行于所述基座141的空腔内壁，所述刚性滑块143的两头部的平面上设有多个凸起，其与所述基座141的空腔的内壁接触。

在上述技术方案中，振动机构14的设置避免了因螺距变大砂粒填充系数变小导致相同输送量造成的工作效率低的问题，其在绞龙不减少输送量、不降低输送速度的情况下，使物料与螺旋叶片13、螺旋子叶片133的摩擦阻力几乎为0，使饱满的砂粒输出并卸料，进气口、出气口分别与送气腔123、抽气腔122换气，柔性管体使气流在震动与转动过程平稳流动，刚性滑块143在滑轨142的滑槽中被气流冲击转动振动，刚性滑块143的鼓面通过凸起在振动作用下与基座141内壁接触、贴合然后远离，增大刚性滑块143与滑轨142的接触面积，降低接触面受到的摩擦力、碰撞力产生的压强，加强狭小空间的振动效果。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (7)

1.一种混砂车用变螺距螺旋输砂绞龙，其特征在于，包括：

壳体，其倾斜设置，所述壳体的进料端连通进料斗、出料端连通混砂罐；

绞龙轴，其设置在所述壳体内部，所述绞龙轴与电机的输出轴连接，所述电机驱动所述绞龙轴旋转；

螺旋叶片，其同轴设置在所述绞龙轴上、并与所述壳体内壁间隙配合，所述螺旋叶片包括位于下部的第一部分和位于上部的第二部分，所述第一部分等螺距设置、所述第二部分的螺距自下至上递减设置，所述第二部分与所述第一部分的连接处的螺距不小于所述第一部分的螺距；

所述绞龙轴上还设有等直径的至少一个螺旋子叶片，对于任一个螺旋子叶片，其设置在所述螺旋叶片的大螺距部的相邻两圈之间、并与所述螺旋叶片不冲突，所述螺旋子叶片与所述螺旋叶片的旋向一致、直径比为1:(2～4)，所述螺旋子叶片的螺距自下至上递减，其中，所述螺旋叶片的大螺距部为所述第二部分上螺距大于所述第一部分的螺距的部分。

2.如权利要求1所述的混砂车用变螺距螺旋输砂绞龙，其特征在于，第一部分与第二部分的轴向长度比小于1:3。

3.如权利要求1所述的混砂车用变螺距螺旋输砂绞龙，其特征在于，所述第一部分的螺距为所述螺旋叶片直径的0.5～0.6倍，所述第二部分的螺距为所述螺旋叶片直径的0.6～1倍。

4.如权利要求1所述的混砂车用变螺距螺旋输砂绞龙，其特征在于，所述螺旋叶片与所述壳体内壁的间距为输送砂粒的直径的3～5倍。

5.如权利要求1所述的混砂车用变螺距螺旋输砂绞龙，其特征在于，所述壳体、所述绞龙轴与水平线夹角为30～65°。

6.如权利要求1所述的混砂车用变螺距螺旋输砂绞龙，其特征在于，所述绞龙轴为内部中空结构，其内部同轴设有中空的输气管，所述绞龙轴与所述输气管之间形成输送清洗液的环状空腔，所述输气管内部形成输送空气的柱状空腔，所述绞龙轴与清洗液罐体连通、所述输气管与气缸连通，所述绞龙轴上设有多个送气孔和送液孔，所述送气孔与所述输气管密封连通，所述螺旋叶片的任意两圈之间均设有至少三个所述送气孔和至少三个所述送液孔，所述送气孔与所述送液孔上均设有电磁阀，所述螺旋叶片的每一圈的波峰处均设有重量传感器。

7.如权利要求6所述的混砂车用变螺距螺旋输砂绞龙，其特征在于，所述输气管被分隔成抽气腔和送气腔，所述送气腔与所述送气孔连通，

所述螺旋叶片的大螺距部的任意两圈之间的下方叶片的上表面靠近边缘处设有振动机构，其包括：

基座，其内部形成一圆柱状空腔，所述基座上设有进气口与出气口，所述进气口、所述出气口分别通过柔性管体与所述送气腔、所述抽气腔密封连通；

滑轨，其为环形闭合状结构，所述滑轨同轴设置在所述基座的空腔内部，所述滑轨表面设有一U形滑槽；

刚性滑块，其为两头小、中间大的鼓形结构，所述刚性滑块的轴线平行于所述滑轨的轴线，所述刚性滑块的中部活动嵌设在所述滑槽上，所述刚性滑块的两头部为平面且平行于所述基座的空腔内壁，所述刚性滑块的两头部的平面上设有多个凸起，其与所述基座的空腔的内壁接触。

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