CN109985549A - 一种离心式混砂罐 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种离心式混砂罐，包括支撑板、轴套、马达支座、传动轴、圆锥滚子轴承、叶轮和混砂罐壳体；混砂罐壳体上端设有开口的混砂罐顶盖，下端设有混砂罐底板；轴套下端通过混砂罐顶盖的开口处延伸至混砂罐壳体内部并通过支撑板固定；马达支座固定于支撑板的顶端；轴套中心加工有通孔用于安装传动轴，轴套两端内侧加工有轴承孔用于安装圆锥滚子轴承且轴套的两端处设有轴承压板；叶轮安装于混砂罐壳体内部的传动轴下端；出液管线位于混砂罐壳体的一侧下端；进液管线位于混砂罐壳体的另一侧上端。与现有技术相比本发明的有益效果是：混砂过程时间短、压裂砂不易沉降、混砂均匀度高，可满足大排量施工要求。
Description
技术领域
本发明涉及油田增产作业设备领域，具体涉及一种离心式混砂罐。
背景技术
目前，压裂技术已成为油气井增产措施的主要手段。压裂作业过程中，需要将压裂砂与携砂液充分混合后注入地层，此过程是在混砂车上混砂罐中完成的，混砂作业伴随整个压裂施工过程，混砂效果好坏对压裂效果起着重要影响。
目前的混砂设备多为叶片搅拌式混砂罐，依靠电机带动叶片搅拌。由于加砂口直接对准罐内加砂，砂子是以聚集状态进入罐内，依靠叶片搅拌很难将砂子快速分散。由于压裂作业排量大，混砂罐的尺寸偏小，携砂液在罐内的停留时间非常短暂，同时叶片搅拌阻力大，搅拌速度低，导致携砂液与压裂砂混合不均匀、不充分。常规混砂罐结构还容易导致压裂砂沉积，堵塞出液口，造成排量波动，罐底沉砂清理又非常不方便。以上种种弊端给压裂施工带来了非常不利的影响，加大了施工风险、降低了作业效率。
因此综上所述，有必要提出一种混砂过程时间短、压裂砂不易沉降、混砂均匀度高，满足大排量施工要求的离心式混砂罐。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的问题，提供一种离心式混砂罐，其特点为混砂过程时间短、压裂砂不易沉降、混砂均匀度高，可满足大排量施工的要求。
为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：一种离心式混砂罐，包括支撑板、轴套、马达支座、传动轴、圆锥滚子轴承、叶轮和混砂罐壳体；所述混砂罐壳体为内中空圆柱体结构，其上端为具有圆形开口的混砂罐顶盖，其下端为方形结构的混砂罐底板；所述轴套下端通过混砂罐顶盖的圆形开口处延伸至混砂罐壳体内部，并通过所述支撑板加以固定；所述马达支座固定于支撑板的顶端且马达支座的中心轴线与轴套的中心轴线相重合；所述轴套中心加工有通孔用于安装所述传动轴，轴套两端内侧加工有轴承孔用于安装所述圆锥滚子轴承，且轴套的两端处均通过内六角圆柱头螺钉固定有轴承压板；所述叶轮安装于混砂罐壳体内部的传动轴下端；所述出液管线位于混砂罐壳体的一侧下端；所述进液管线位于混砂罐壳体的另一侧上端。
作为优化，所述支撑板以轴套为轴心径向非等角度分布有若干个，且支撑板底端为半圆形开口结构，其半圆形开口直径与轴套的外径到混砂罐顶盖圆形开口的外径相一致。
作为优化，所述支撑板以轴套为轴心径向非等角度分布三个，且三者相邻之间夹角分别为90°、90°和180°。选取了最优的方案，采用这种方式结构最稳定，效果最好。
作为优化，所述轴承压板下端外圆处加工有两道O型密封圈槽，O型密封圈槽内设有O型密封圈；所述轴承压板上端内圆处加工有一道油封槽，油封槽内设有旋转油封。轴承压板下端外圆与轴套配合，轴承压板上端内圆与传动轴配合，分别通过O型密封圈和旋转油封实现了密封。
作为优化，所述轴套两端的轴承孔上均设有注油孔。通过注油孔方便后续的维护保养。
作为优化，所述轴套两端内侧轴承孔的两端设有卡位台阶。通过卡位台阶实现了对传动轴的轴向限位。
作为优化，所述混砂罐顶盖的外沿处设有密封凹槽和定位台阶。确保了混砂罐整体的密封性效果。
作为优化，所述出液管线和进液管线均沿混砂罐壳体的切线方向安装，且两者方向相一致。采用切线方向更加有利于液体的混合及排出，且混合均匀、混合效率高、罐内不沉砂。
作为优化，所述叶轮包括叶轮顶板、叶轮壳体和叶轮底座；所述叶轮壳体为内中空圆柱体结构，所述叶轮顶板为圆环形板状结构且固定于叶轮壳体的上方，且叶轮顶板和叶轮壳体的内径相一致；所述叶轮底座固定于叶轮壳体的下方且其中心处开有圆形通孔，且圆形通孔的一侧轴向加工有键槽；所述叶轮顶板的边缘处设有异形槽；所述异形槽以叶轮顶板的中心为轴心环绕设有多个；所述叶轮壳体的上圆周均匀分布有若干异形通孔。所述异形通孔和异形槽的开口方向与叶轮的旋转相方向一致。叶轮上边缘的异形槽起到离心作用，防止水从此处进入加砂口然后溢出。
作为优化，所述传动轴的下端设有螺纹柱；所述螺纹柱的上方设有平键；所述平键与键槽的形状相匹配两者相卡接；所述螺纹柱上还设有紧固螺母。通过平键和紧固螺母实现叶轮的固定。
与现有技术相比本发明的有益效果是：改变了传统的混合方式，重新对其进行设计，使液体从进液口进入，同时从罐体上面的加砂口进入压裂砂，经叶轮的离心搅拌作用，将压裂砂和液体在罐内混合，切向的进液口利于液体的搅拌混合，混合液在叶轮作用下从排液口排出，并且切向的排液口也更利于液体的排出。当压裂砂从罐上面加入后，立即被甩进液体中，使得混合均匀、混合效率高、罐内不沉砂。整个混砂过程时间短、压裂砂不易沉降、混砂均匀度高，同时可满足大排量的施工要求。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图。
图2为本发明内部结构示意图。
图3为本发明内部结构示意图A处的局部放大图。
图4为本发明的俯视图。
图5为本发明叶轮的立体结构示意图。
其中，支撑板1、轴套2、马达支座3、轴承压板4、传动轴5、旋转油封6、内六角圆柱头螺钉7、O型密封圈8、圆锥滚子轴承9、混砂罐顶盖10、叶轮11、叶轮顶板11-1、叶轮壳体11-2、叶轮底座11-3、异形通孔11-4、键槽11-5、混砂罐壳体12、平键13、紧固螺母14、混砂罐底板15、出液管线16、进液管线17、卡位台阶18、密封凹槽19、定位台阶20、注油孔21。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，结合附图详细说明如下：一种离心式混砂罐，包括支撑板1、轴套2、马达支座3、传动轴5、圆锥滚子轴承9、叶轮11和混砂罐壳体12；所述混砂罐壳体12为内中空圆柱体结构；混砂罐壳体12上端为具有圆形开口的混砂罐顶盖10，且混砂罐顶盖10的外沿处设有密封凹槽19和定位台阶20。确保了混砂罐整体的密封性效果；混砂罐壳体12下端为方形结构的混砂罐底板15；所述轴套2下端通过混砂罐顶盖10的圆形开口处延伸至混砂罐壳体12内部，并通过所述支撑板1加以固定；所述马达支座3固定于支撑板1的顶端且马达支座3的中心轴线与轴套2的中心轴线相重合；所述轴套2中心加工有通孔用于安装所述传动轴5，轴套2两端内侧加工有轴承孔用于安装所述圆锥滚子轴承9，轴承孔上设有注油孔21，通过注油孔可以方便后续的维护保养，且轴承孔的两端还设有卡位台阶18。通过卡位台阶可以实现传动轴5的轴向限位。轴套2的两端处均通过内六角圆柱头螺钉7固定有轴承压板4；所述轴承压板4下端外圆处加工有两道O型密封圈槽，O型密封圈槽内设有O型密封圈8；所述轴承压板4上端内圆处加工有一道油封槽，油封槽内设有旋转油封6。轴承压板4下端外圆与轴套2配合，轴承压板4上端内圆与传动轴5配合，分别通过O型密封圈8和旋转油封6实现了密封。
所述叶轮11安装于混砂罐壳体12内部的传动轴5下端；所述出液管线16位于混砂罐壳体12的一侧下端；所述进液管线17位于混砂罐壳体12的另一侧上端。所述出液管线16和进液管线17均沿混砂罐壳体12的切线方向安装，且两者方向相一致。采用切线方向更加有利于液体的混合及排出，且混合均匀、混合效率高、罐内不沉砂。
所述支撑板1以轴套2为轴心径向非等角度分布有若干个，且支撑板1底端为半圆形开口结构，其半圆形开口直径与轴套2的外径到混砂罐顶盖10圆形开口的外径相一致。
所述支撑板1以轴套2为轴心径向非等角度分布三个，且三者相邻之间夹角分别为90°、90°和180°。选取了最优的方案，采用这种方式结构最稳定，效果最好。
所述叶轮11包括叶轮顶板11-1、叶轮壳体11-2和叶轮底座11-3；所述叶轮壳体11-2为内中空圆柱体结构，所述叶轮顶板11-1为圆环形板状结构且固定于叶轮壳体11-2的上方，且叶轮顶板11-1和叶轮壳体11-2的内径相一致；所述叶轮底座11-3固定于叶轮壳体11-2的下方且其中心处开有圆形通孔，且圆形通孔的一侧轴向加工有键槽11-5；所述叶轮顶板11-1的边缘处设有异形槽11-6；所述异形槽11-6以叶轮顶板11-1的中心为轴心环绕设有多个；所述叶轮壳体11-2的上圆周均匀分布有若干异形通孔11-5。所述异形通孔11-5和异形槽11-6的开口方向与叶轮11的旋转相方向一致。叶轮上边缘的异形槽起到离心作用，防止水从此处进入加砂口然后溢出。
所述传动轴5的下端设有螺纹柱；所述螺纹柱的上方设有平键13；所述平键13与键槽11-5的形状相匹配两者相卡接；所述螺纹柱上还设有紧固螺母14。通过平键和紧固螺母实现叶轮的固定。
具体实施中：
外接液压马达带动传动轴5逆时针旋转，传动轴5带动叶轮11逆时针旋转，转速为800-1500r/min，速度可调。携砂液从进液管线17进入混砂罐内，携砂液进入罐内后在自身动能及势能作用下沿混砂罐内壁做逆时针螺旋运动。压裂砂从混砂罐加砂口进入叶轮11内腔（加砂口由两块相邻角度最大的支撑板1和混砂罐顶盖10圆形开口组成），由于叶轮11高速旋转，压裂砂获得离心力而从叶轮11侧面的异形通孔11-5出口处高速甩出，压裂砂以较高的速度刺入逆时针螺旋运动的携砂液中，实现加砂混合。叶轮11高速旋转牵动携砂液旋转运动，进一步增加液体能量，由于叶轮11的结构设计，携砂液无法进入叶轮11内腔，防止了携砂液从混砂罐加砂口溢出。携砂液螺旋运动到罐底时在自身能量的作用下从出液管线16排出。整个混砂作业实时连续进行，混砂过程时间短、压裂砂不易沉降、混砂均匀度高，从而满足大排量施工要求。混砂作业结束后，可用清水快速完成罐内清洗。
上述具体实施方式仅是本发明的具体个案，本发明的专利保护范围包括但不限于上述具体实施方式的产品形态和式样，任何符合本发明权利要求书的一种离心式混砂罐且任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应落入本发明的专利保护范围。
Claims (10)
1.一种离心式混砂罐，其特征在于：包括支撑板（1）、轴套（2）、马达支座（3）、传动轴（5）、圆锥滚子轴承（9）、叶轮（11）和混砂罐壳体（12）；所述混砂罐壳体（12）为内中空圆柱体结构，其上端为具有圆形开口的混砂罐顶盖（10），其下端为方形结构的混砂罐底板（15）；所述轴套（2）下端通过混砂罐顶盖（10）的圆形开口处延伸至混砂罐壳体（12）内部，并通过所述支撑板（1）加以固定；所述马达支座（3）固定于支撑板（1）的顶端且马达支座（3）的中心轴线与轴套（2）的中心轴线相重合；所述轴套（2）中心加工有通孔用于安装所述传动轴（5），轴套（2）两端内侧加工有轴承孔用于安装所述圆锥滚子轴承（9），且轴套（2）的两端处均通过内六角圆柱头螺钉（7）固定有轴承压板（4）；所述叶轮（11）安装于混砂罐壳体（12）内部的传动轴（5）下端；所述出液管线（16）位于混砂罐壳体（12）的一侧下端；所述进液管线（17）位于混砂罐壳体（12）的另一侧上端。
2.根据权利要求1所述的一种离心式混砂罐，其特征在于：所述支撑板（1）以轴套（2）为轴心径向非等角度分布有若干个，且支撑板（1）底端为半圆形开口结构，其半圆形开口直径与轴套（2）的外径到混砂罐顶盖（10）圆形开口的外径相一致。
3.根据权利要求2所述的一种离心式混砂罐，其特征在于：所述支撑板（1）以轴套（2）为轴心径向非等角度分布三个，且三者相邻之间夹角分别为90°、90°和180°。
4.根据权利要求1所述的一种离心式混砂罐，其特征在于：所述轴承压板（4）下端外圆处加工有两道O型密封圈槽，O型密封圈槽内设有O型密封圈（8）；所述轴承压板（4）上端内圆处加工有一道油封槽，油封槽内设有旋转油封（6）。
5.根据权利要求1所述的一种离心式混砂罐，其特征在于：所述轴套（2）两端的轴承孔上均设有注油孔（21）。
6.根据权利要求1所述的一种离心式混砂罐，其特征在于：所述轴套（2）两端内侧轴承孔的两端设有卡位台阶（18）。
7.根据权利要求1所述的一种离心式混砂罐，其特征在于：所述混砂罐顶盖（10）的外沿处设有密封凹槽（19）和定位台阶（20）。
8.根据权利要求1所述的一种离心式混砂罐，其特征在于：所述出液管线（16）和进液管线（17）均沿混砂罐壳体（12）的切线方向安装，且两者方向相一致。
9.根据权利要求1所述的一种离心式混砂罐，其特征在于：所述叶轮（11）包括叶轮顶板（11-1）、叶轮壳体（11-2）和叶轮底座（11-3）；所述叶轮壳体（11-2）为内中空圆柱体结构，所述叶轮顶板（11-1）为圆环形板状结构且固定于叶轮壳体（11-2）的上方，且叶轮顶板（11-1）和叶轮壳体（11-2）的内径相一致；所述叶轮底座（11-3）固定于叶轮壳体（11-2）的下方且其中心处开有圆形通孔，且圆形通孔的一侧轴向加工有键槽（11-5）；所述叶轮顶板（11-1）的边缘处设有异形槽（11-6）；所述异形槽（11-6）以叶轮顶板（11-1）的中心为轴心环绕设有多个；所述叶轮壳体（11-2）的上圆周均匀分布有若干异形通孔（11-5）；所述异形通孔（11-5）和异形槽（11-6）的开口方向与叶轮（11）的旋转相方向一致。
10.根据权利要求9所述的一种离心式混砂罐，其特征在于：所述传动轴（5）的下端设有螺纹柱；所述螺纹柱的上方设有平键（13）；所述平键（13）与键槽（11-5）的形状相匹配两者相卡接；所述螺纹柱上还设有紧固螺母（14）。
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