CN113200248A - 全自动储砂和输砂装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种全自动储砂和输砂装置，其属于油田压裂领域。包括依次连接的混砂装置、上砂绞龙总成、缓冲砂罐橇总成和主加砂橇总成，所述缓冲砂罐橇总成与主加砂橇总成之间设有主加砂刮板机。与现有技术相比，本发明的有益效果是：本设备通过改变储砂形式和输砂形式，替代现有的砂袋，避免现场混乱和资源浪费；改变了现有的作业方式，减少人力资源，提高自动化程度，避免高空作业，降低作业安全风险。

Description

全自动储砂和输砂装置
技术领域
本发明涉及一种全自动储砂和输砂装置，其属于油田压裂领域。
背景技术
井场压裂作业所用砂粒是压裂液中不可或缺的重要组成部分，所以砂粒的储存和输送是否方便快捷，将最终影响压裂作业的效率和质量。第一、目前井场的储砂是通过砂袋实现的，容量小，井场往往堆满砂袋，堆放混乱，占地面积大；砂袋本身的重复利用率低，造成很大浪费；第二、现场作业时需要吊车配合作业，施工费用高，工作时需要至少5人参与作业，且需要高空作业，人力成本高，存在安全风险；第三、现有的储砂斗的下方是闸板阀，卸砂速度难以调节且阀门容易变形，导致其无法实现密封；第四、闸板阀需要依靠人工开启，自动化程度较低。因此市面上需要一种新型的油田用的储砂和输砂装置。
发明内容
本发明针对上述现有技术中存在的不足，提供一种全自动储砂和输砂装置。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种全自动储砂和输砂装置，包括依次连接的混砂装置、上砂绞龙总成、缓冲砂罐橇总成和主加砂橇总成，所述缓冲砂罐橇总成与主加砂橇总成之间设有主加砂刮板机；缓冲砂罐橇总成包括缓冲砂罐橇架，缓冲砂罐橇架内部设有至少四个第一罐体，第一罐体底端设有第一出料口，第一出料口正下方设有水平绞龙总成，所述第一出料口设有第一闸板阀，第一闸板阀上设有闸板阀开启机构；所述水平绞龙总成包括水平绞龙主体，水平绞龙主体外壁上侧设有与第一出料口连通的第二进料口，内部设有绞龙轴，绞龙轴一端设有与上砂绞龙总成进料口连通的第二出料口，另一端设有水平绞龙电机；主加砂刮板机较高一端位于缓冲砂罐橇总成上方，较低一端位于主加砂橇总成下方。
优选地，所述第一闸板阀包括与第一出料口连接的第一阀体，第一阀体内壁设有上导槽和下导槽，上导槽和下导槽内分别设有滑动连接的第一闸板和第二闸板，第一阀体形状为上下贯通的方形结构，第一闸板阀完全关闭状态时，第一闸板和第二闸板设有重合部分。
优选地，所述闸板阀开启机构包括固定在缓冲砂罐橇架上的第一电机，第一电机输出轴通过第一联轴器连接有第一丝杠，第一丝杠上设有分别与第一闸板、第二闸板固定连接的两个第一丝杠螺母；第一丝杠上还设有与缓冲砂罐橇架固定连接的第一轴承座，所述两个第一丝杠螺母的螺旋方向相反。
优选地，所述上砂绞龙总成下侧设有角度可调机构，角度可调机构包括固定在缓冲砂罐橇架上的齿条导向柱、第二电机和第二轴承座，齿条导向柱上设有竖向的齿条，齿条顶端通过销轴铰接有滑块，上砂绞龙总成下侧设有与滑块滑动连接的导向槽；所述第二电机输出轴上设有与第二轴承座连接的传动轴，传动轴中端设有与齿条啮合连接的齿轮。
优选地，所述相邻的第一罐体之间设有贯穿侧壁的加砂导向板转轴，加砂导向板转轴上设有加砂导向板，加砂导向板一端设有贯穿第一罐体侧壁的第一连接杆，第一连接杆上连接有竖直的加砂导向板调节拉杆，加砂导向板调节拉杆一端与第一连接杆固定，另一端垂直连接有第二连接杆，所述缓冲砂罐橇架上设有可以调节第二连接杆高度的调节槽。
优选地，所述加砂导向板包括第一加砂导向板和第二加砂导向板。
优选地，所述主加砂橇总成包括主加砂橇橇架，主加砂橇橇架上设有第二罐体，第二罐体出料口也设有第一闸板阀，第一闸板阀上设有闸板阀开启机构，主加砂橇总成较高一端位于第一加砂导向板上方，较低一端位于第二罐体下方。
优选地，还包括辅加砂橇总成，辅加砂橇总成包括辅加砂橇橇架，辅加砂橇橇架上设有第三罐体，第三罐体出料口也设有第一闸板阀，第一闸板阀上设有闸板阀开启机构，辅加砂橇总成与缓冲砂罐橇总成之间设有辅加砂刮板机，辅加砂刮板机较高一端位于第二加砂导向板上方，较低一端位于第三罐体下方。
优选地，所述上砂绞龙总成2和水平绞龙总成4的输砂量均通过以下计算公式进行计算：
Figure BDA0003090013840000031
式中:
W：绞龙每转输砂量，kg/r；
D：螺旋筒体叶片的直径，mm；
d：绞龙芯轴直径，mm；
L：螺旋叶片螺距，mm；
ρ：砂的密度，kg/m3；
C：容积系数，与型砂摩擦系数、绞龙转速及绞龙倾斜角度有关。
优选地，所述水平绞龙2和水平绞龙总成4之间的输砂量的配合通过以下公式调整：
W1×n1＝W2×n2
W1：水平绞龙8的输砂量，kg/min；
W2：上砂绞龙1的输砂量，kg/min；
n1：水平绞龙8的转速，r/min；
n2：上砂绞龙1的转速，r/min。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：第一、本设备通过改变储砂形式和输砂形式，替代现有的砂袋，避免现场混乱和资源浪费；改变了现有的作业方式，减少人力资源，提高自动化程度，避免高空作业，降低作业安全风险；第二、本设备第一闸板阀上设有闸板阀开启机构，代替之前人工开启闸板阀的方式，自动化程度提高，并提高了工作效率，同时可以调节闸板阀大小，从而控制流砂的速度；第三、第一闸板阀处于关于状态时，由于第一闸板和第二闸板设有重合部分，可有效避免第一罐体漏砂的情况，减少浪费，并避免了漏砂给作业造成麻烦；第四、本设备上砂绞龙总成下侧设有角度可调机构，可以调节上砂绞龙总成的出砂高度，从而满足不同高度的混砂装置；第五、本设备设有加砂导向板调节拉杆，通过拉动加砂导向板调节拉杆，可以调节加砂导向板的方向，从而调节加砂方向；第六、本设备设有储砂罐定位块，可以帮助叉车将第二罐体和第三罐体放置在指定位置；第七、本设备加砂量的控制先通过调节闸板阀开启机构调节第一罐体的输砂量来匹配水平绞龙总成的输砂速度，水平绞龙总成的输砂速度再通过公式与上砂绞龙总成的输砂速度进行精准匹配，可以满足不同的输砂场景。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的俯视图；
图3为本发明的右视图；
图4为上砂绞龙总成的结构示意图；
图5为水平绞龙总成的结构示意图；
图6为缓冲砂罐橇总成侧面局部结构示意图；
在图中，1、储砂罐放置区；2、上砂绞龙总成；2-1、角度可调机构；2-1-1、销轴；2-1-2、传动轴；2-1-3、齿轮；2-1-4、齿条；2-1-5、齿条导向柱；2-1-6、第二轴承座；2-1-7、第二联轴器；2-1-8、第二电机；2-1-9、滑块；2-2、导向槽；3、缓冲砂罐橇总成；3-1、第一罐体；3-1-1、第一出料口；3-2、缓冲砂罐橇架；3-3、闸板阀开启机构；3-3-1、第一电机；3-3-2、第一联轴器；3-3-3、第一丝杠；3-3-4、第一丝杠螺母；3-3-5、第一轴承座；3-5、第一闸板阀；3-5-1、第一阀体；3-5-2、第一闸板；3-5-3、第二闸板；3-6、加砂导向板调节拉杆；3-7、加砂导向板转轴；3-8、第一连接杆；3-9、第二连接杆；3-10、调节槽；3-11、加砂导向板；3-11-1、第一加砂导向板；3-11-2、第二加砂导向板；4、水平绞龙总成；4-1、水平绞龙主体；4-2、水平绞龙电机；4-3、第二进料口；4-4、第二出料口；5、主加砂刮板机；6、主加砂橇总成；6-1、第二罐体；6-2、主加砂橇橇架；7、辅加砂刮板机；8、辅加砂橇总成；8-1、第三罐体；8-2、辅加砂橇橇架。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1至图6所示，一种全自动储砂和输砂装置，包括依次连接的混砂装置、上砂绞龙总成2、缓冲砂罐橇总成3和主加砂橇总成6，所述缓冲砂罐橇总成3与主加砂橇总成6之间设有主加砂刮板机5；缓冲砂罐橇总成3包括缓冲砂罐橇架3-2，缓冲砂罐橇架3-2内部设有至少四个第一罐体3-1，第一罐体3-1底端设有第一出料口3-1-1，第一出料口3-1-1正下方设有水平绞龙总成4，所述第一出料口3-1-1设有第一闸板阀3-5，第一闸板阀3-5上设有闸板阀开启机构3-3；所述水平绞龙总成4包括水平绞龙主体4-1，水平绞龙主体4-1外壁上侧设有与第一出料口3-1-1连通的第二进料口4-3，内部设有绞龙轴，绞龙轴一端设有与上砂绞龙总成4进料口连通的第二出料口4-4，另一端设有水平绞龙电机4-2；主加砂刮板机5较高一端位于缓冲砂罐橇总成3上方，较低一端位于主加砂橇总成6下方。
所述第一闸板阀3-5包括与第一出料口3-1-1连接的第一阀体3-5-1，第一阀体3-5-1内壁设有上导槽和下导槽，上导槽和下导槽内分别设有滑动连接的第一闸板3-5-2和第二闸板3-5-3，第一阀体3-5-1形状为上下贯通的方形结构，第一闸板阀3-5完全关闭状态时，第一闸板3-5-2和第二闸板3-5-3设有重合部分。
所述闸板阀开启机构3-3包括固定在缓冲砂罐橇架3-2上的第一电机3-3-1，第一电机3-3-1输出轴通过第一联轴器3-3-2连接有第一丝杠3-3-3，第一丝杠3-3-3上设有分别与第一闸板3-5-2、第二闸板3-5-3固定连接的两个第一丝杠螺母3-3-4；第一丝杠3-3-3上还设有与缓冲砂罐橇架3-2固定连接的第一轴承座3-3-5，所述两个第一丝杠螺母3-3-4的螺旋方向相反。
所述上砂绞龙总成2下侧设有角度可调机构2-1，角度可调机构2-1包括固定在缓冲砂罐橇架3-2上的齿条导向柱2-1-5、第二电机2-1-8和第二轴承座2-1-6，齿条导向柱2-1-5上设有竖向的齿条2-1-4，齿条2-1-4顶端通过销轴2-1-1铰接有滑块2-1-9，上砂绞龙总成2下侧设有与滑块2-1-9滑动连接的导向槽2-2；所述第二电机2-1-8输出轴上设有与第二轴承座2-1-6连接的传动轴2-1-2，传动轴2-1-2中端设有与齿条2-1-4啮合连接的齿轮2-1-3。
所述相邻的第一罐体3-1之间设有贯穿侧壁的加砂导向板转轴3-7，加砂导向板转轴3-7上设有加砂导向板3-11，加砂导向板3-11一端设有贯穿第一罐体3-1侧壁的第一连接杆3-8，第一连接杆3-8上连接有竖直的加砂导向板调节拉杆3-6，加砂导向板调节拉杆3-6一端与第一连接杆3-8固定，另一端垂直连接有第二连接杆3-9，所述缓冲砂罐橇架3-2上设有可以调节第二连接杆3-9高度的调节槽3-10。
所述加砂导向板3-11包括第一加砂导向板3-11-1和第二加砂导向板3-11-2。
所述主加砂橇总成6包括主加砂橇橇架6-2，主加砂橇橇架6-2上设有第二罐体6-1，第二罐体6-1出料口也设有第一闸板阀3-5，第一闸板阀3-5上设有闸板阀开启机构3-3，主加砂橇总成6较高一端位于第一加砂导向板3-11-1上方，较低一端位于第二罐体6-1下方。
还包括辅加砂橇总成8，辅加砂橇总成8包括辅加砂橇橇架8-2，辅加砂橇橇架8-2上设有第三罐体8-1，第三罐体8-1出料口也设有第一闸板阀3-5，第一闸板阀3-5上设有闸板阀开启机构3-3，辅加砂橇总成8与缓冲砂罐橇总成3之间设有辅加砂刮板机7，辅加砂刮板机7较高一端位于第二加砂导向板3-11-2上方，较低一端位于第三罐体8-1下方。
所述上砂绞龙总成2和水平绞龙总成4的输砂量均通过以下计算公式进行计算：
Figure BDA0003090013840000071
式中:
W：绞龙每转输砂量，kg/r；
D：螺旋筒体叶片的直径，mm；
d：绞龙芯轴直径，mm；
L：螺旋叶片螺距，mm；
ρ：砂的密度，kg/m3；
C：容积系数，与型砂摩擦系数、绞龙转速及绞龙倾斜角度有关。
所述水平绞龙2和水平绞龙总成4之间的输砂量的配合通过以下公式调整：
W1×n1＝W2×n2
W1：水平绞龙8的输砂量，kg/min；
W2：上砂绞龙1的输砂量，kg/min；
n1：水平绞龙8的转速，r/min；
n2：上砂绞龙1的转速，r/min。
所述第一罐体8-1、第二罐体6-1和第三罐体8-1底部形状均为锥形漏斗状结构。
所述缓冲砂罐橇架3-2上设有用于固定第一罐体3-1的储砂罐定位块。
本发明工作原理如下：
首先第二罐体6-1和第三罐体8-1从型砂厂装满型砂后，运输到作业现场，整齐放置在储砂罐放置区1，然后叉车将第二罐体6-1和第三罐体8-1分别放置在主加砂橇橇架6-2和辅加砂橇橇架8-2指定位置处，主加砂刮板机5和辅加砂刮板机7上均设有电机，电机带动主加砂刮板机5和辅加砂刮板机7开始工作，第一电机3-3-1带动第一丝杠3-3-3转动，第一丝杠3-3-3带动第一丝杠螺母3-3-4沿着第一丝杠3-3-3做平移运动，两个第一丝杠螺母3-3-4的旋转方向相反，从而带动第一闸板3-5-2和第二闸板3-5-3的运动方向也相反，当打开第一闸板阀3-5时，两个第一丝杠螺母3-3-4带动第一闸板3-5-2和第二闸板3-5-3分别沿着上导槽和下导槽向两侧移动；当关闭第一闸板阀3-5时，两个第一丝杠螺母3-3-4带动第一闸板3-5-2和第二闸板3-5-3分别沿着上导槽和下导槽向中间移动；当打开第一闸板阀3-5时，第二罐体6-1和第三罐体8-1中的型砂分别流入主加砂刮板机5和辅加砂刮板机7上，然后型砂被运输到第一加砂导向板3-11-1和第二加砂导向板3-11-2上，第一加砂导向板3-11-1和第二加砂导向板3-11-2通过加砂导向板调节拉杆3-6调节不同的角度，型砂会沿着加砂导向板3-11流入相应的第一罐体3-1内，当其中的第一罐体3-1被装满后，通过调节加砂导向板3-11的角度，型砂就会沿着加砂导向板3-11流入相邻的第一罐体3-1内，一个加砂导向板3-11控制相邻的两个第一罐体3-1，直至所有的第一罐体3-1装满后，然后开始进行混砂作业。
混砂作业前，先通过角度可调机构2-1将上砂绞龙总成2的角度调整到与混砂设备相适应的高度，然后开启上砂绞龙总成2和水平绞龙总成4，并打开第一罐体3-1上的闸板阀开启机构3-3后，然后型砂就会通过第一出料口3-1-1流入水平绞龙总成4内，水平绞龙总成4通过绞龙螺旋运输到第二出料口4-4，然后通过第二出料口4-4流入上砂绞龙总成2内，最后通过上砂绞龙总成2运输到混砂设备中。
具体的上砂绞龙总成2的角度调整过程，第二电机2-1-8输出轴带动齿轮2-1-3转动，齿轮2-1-3带动齿条2-1-4沿着齿条导向柱2-1-5上下移动，齿条2-1-4带动滑块2-1-9沿着导向槽2-2滑动进而控制角度，当齿条2-1-4上下移动时，带动滑块2-2在导向槽2-2内滑动，并带动上砂绞龙总成2绕销轴转动，从而调节其出砂口的高度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种全自动储砂和输砂装置，其特征在于：包括依次连接的混砂装置、上砂绞龙总成(2)、缓冲砂罐橇总成(3)和主加砂橇总成(6)，所述缓冲砂罐橇总成(3)与主加砂橇总成(6)之间设有主加砂刮板机(5)；缓冲砂罐橇总成(3)包括缓冲砂罐橇架(3-2)，缓冲砂罐橇架(3-2)内部设有至少四个第一罐体(3-1)，第一罐体(3-1)底端设有第一出料口(3-1-1)，第一出料口(3-1-1)正下方设有水平绞龙总成(4)，所述第一出料口(3-1-1)设有第一闸板阀(3-5)，第一闸板阀(3-5)上设有闸板阀开启机构(3-3)；所述水平绞龙总成(4)包括水平绞龙主体(4-1)，水平绞龙主体(4-1)外壁上侧设有与第一出料口(3-1-1)连通的第二进料口(4-3)，内部设有绞龙轴，绞龙轴一端设有与上砂绞龙总成(4)进料口连通的第二出料口(4-4)，另一端设有水平绞龙电机(4-2)；主加砂刮板机(5)较高一端位于缓冲砂罐橇总成(3)上方，较低一端位于主加砂橇总成(6)下方。
2.根据权利要求1所述的全自动储砂和输砂装置，其特征在于：所述第一闸板阀(3-5)包括与第一出料口(3-1-1)连接的第一阀体(3-5-1)，第一阀体(3-5-1)内壁设有上导槽和下导槽，上导槽和下导槽内分别设有滑动连接的第一闸板(3-5-2)和第二闸板(3-5-3)，第一阀体(3-5-1)形状为上下贯通的方形结构，第一闸板阀(3-5)完全关闭状态时，第一闸板(3-5-2)和第二闸板(3-5-3)设有重合部分。
3.根据权利要求2所述的全自动储砂和输砂装置，其特征在于：所述闸板阀开启机构(3-3)包括固定在缓冲砂罐橇架(3-2)上的第一电机(3-3-1)，第一电机(3-3-1)输出轴通过第一联轴器(3-3-2)连接有第一丝杠(3-3-3)，第一丝杠(3-3-3)上设有分别与第一闸板(3-5-2)、第二闸板(3-5-3)固定连接的两个第一丝杠螺母(3-3-4)；第一丝杠(3-3-3)上还设有与缓冲砂罐橇架(3-2)固定连接的第一轴承座(3-3-5)，所述两个第一丝杠螺母(3-3-4)的螺旋方向相反。
4.根据权利要求1所述的全自动储砂和输砂装置，其特征在于：所述上砂绞龙总成(2)下侧设有角度可调机构(2-1)，角度可调机构(2-1)包括固定在缓冲砂罐橇架(3-2)上的齿条导向柱(2-1-5)、第二电机(2-1-8)和第二轴承座(2-1-6)，齿条导向柱(2-1-5)上设有竖向的齿条(2-1-4)，齿条(2-1-4)顶端通过销轴(2-1-1)铰接有滑块(2-1-9)，上砂绞龙总成(2)下侧设有与滑块(2-1-9)滑动连接的导向槽(2-2)；所述第二电机(2-1-8)输出轴上设有与第二轴承座(2-1-6)连接的传动轴(2-1-2)，传动轴(2-1-2)中端设有与齿条(2-1-4)啮合连接的齿轮(2-1-3)。
5.根据权利要求1所述的全自动储砂和输砂装置，其特征在于：所述相邻的第一罐体(3-1)之间设有贯穿侧壁的加砂导向板转轴(3-7)，加砂导向板转轴(3-7)上设有加砂导向板(3-11)，加砂导向板(3-11)一端设有贯穿第一罐体(3-1)侧壁的第一连接杆(3-8)，第一连接杆(3-8)上连接有竖直的加砂导向板调节拉杆(3-6)，加砂导向板调节拉杆(3-6)一端与第一连接杆(3-8)固定，另一端垂直连接有第二连接杆(3-9)，所述缓冲砂罐橇架(3-2)上设有可以调节第二连接杆(3-9)高度的调节槽(3-10)。
6.根据权利要求5所述的全自动储砂和输砂装置，其特征在于：所述加砂导向板(3-11)包括第一加砂导向板(3-11-1)和第二加砂导向板(3-11-2)。
7.根据权利要求6所述的全自动储砂和输砂装置，其特征在于：所述主加砂橇总成(6)包括主加砂橇橇架(6-2)，主加砂橇橇架(6-2)上设有第二罐体(6-1)，第二罐体(6-1)出料口也设有第一闸板阀(3-5)，第一闸板阀(3-5)上设有闸板阀开启机构(3-3)，主加砂橇总成(6)较高一端位于第一加砂导向板(3-11-1)上方，较低一端位于第二罐体(6-1)下方。
8.根据权利要求7所述的全自动储砂和输砂装置，其特征在于：还包括辅加砂橇总成(8)，辅加砂橇总成(8)包括辅加砂橇橇架(8-2)，辅加砂橇橇架(8-2)上设有第三罐体(8-1)，第三罐体(8-1)出料口也设有第一闸板阀(3-5)，第一闸板阀(3-5)上设有闸板阀开启机构(3-3)，辅加砂橇总成(8)与缓冲砂罐橇总成(3)之间设有辅加砂刮板机(7)，辅加砂刮板机(7)较高一端位于第二加砂导向板(3-11-2)上方，较低一端位于第三罐体(8-1)下方。
9.根据权利要求1所述的全自动储砂和输砂装置，其特征在于：所述上砂绞龙总成(2)和水平绞龙总成(4)的输砂量均通过以下计算公式进行计算：
Figure FDA0003090013830000031
式中:
W：绞龙每转输砂量，kg/r；
D：螺旋筒体叶片的直径，mm；
d：绞龙芯轴直径，mm；
L：螺旋叶片螺距，mm；
ρ：砂的密度，kg/m3；
C：容积系数，与型砂摩擦系数、绞龙转速及绞龙倾斜角度有关。
10.根据权利要求9所述的全自动储砂和输砂装置，其特征在于：所述水平绞龙(2)和水平绞龙总成(4)之间的输砂量的配合通过以下公式调整：
W1×n1＝W2×n2
W1：水平绞龙8的输砂量，kg/min；
W2：上砂绞龙1的输砂量，kg/min；
n1：水平绞龙8的转速，r/min；
n2：上砂绞龙1的转速，r/min。
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