CN114452878A - 压力平衡的混合装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种压力平衡的混合装置，涉及压裂设备的配套装置，包括筒体，筒体内设有搅拌装置，筒体包括外筒体和内筒体，外筒体和内筒体的侧壁之间设有进液腔体，外筒体设有进液管，进液管与进液腔体连通，在内筒体的内壁设有多个射流管，射流管与进液腔体连通，在筒体的底部设有出液管，出液管与内筒体的底部连通，还设有至少一个压力流量补偿阀，压力流量补偿阀的进口与进液腔体连通，压力流量补偿阀的出口位于内筒体内。通过采用搅拌和射流的方式，确保固液混合均匀，在内筒体设置了压力流量补偿阀，当低流量时，压力流量补偿阀关闭，从而确保射流流量足够，避免因射流管的流量不足导致混合不均匀或压力偏低使出液管沉砂。

Description

压力平衡的混合装置

技术领域

本发明涉及地下压裂设备配套装备领域，特别是一种压力平衡的混合装置。

背景技术

在油气井压裂施工作业过程中，混砂设备的主要作用是实现支撑剂与压裂液的混合与输送，经过多年的发展，已经形成6-20m³/min系列化产品。混砂设备性能不仅受离心泵影响，还取决于混合装置的性能，主要包括混合装置混合均匀性和出口流动性，其中，出口流动性直接影响离心泵的排出性能。

中国专利文献CN 207446086 U记载了一种适用于混砂设备的喷射式混合罐，采用了搅拌混合和射流混合的结构，能够降低混合搅拌功率，解决出液口沉砂、出液口无法排空的问题，提高混合罐的整体使用性能。存在的问题是，整机的输出混合均匀度存在差异，在变流量工况下，设备排出压力波动较大，整机输出流量显著降低和整机大流量工况下输出压力偏低等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种压力平衡的混合装置，能够适应不同流量下的工况，使变流量工况下，也能够确保排出压力足够。优选的，还能够确保固液混合均匀。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种压力平衡的混合装置，包括筒体，筒体内设有搅拌装置，筒体包括外筒体和内筒体，外筒体和内筒体的侧壁之间设有进液腔体，外筒体设有进液管，进液管与进液腔体连通，在内筒体的内壁设有多个射流管，射流管与进液腔体连通，在筒体的底部设有出液管，出液管与内筒体的底部连通，还设有至少一个压力流量补偿阀，压力流量补偿阀的进口与进液腔体连通，压力流量补偿阀的出口位于内筒体内。

优选的方案如图6中，所述的压力流量补偿阀中，阀芯与弹簧连接，优选的，本例中阀芯与阀杆连接，阀杆上设有弹簧，以使进液腔体来的液体具有足够的压力才能使阀芯开启；

优选的方案中，进液管与变频泵连通，变频泵设有低流量工况和高流量工况，高流量工况的进液压力大于低流量工况的进液压力；

所述的压力流量补偿阀被设置为在低流量工况下关闭，在高流量工况下开启。由此结构，利用压力流量补偿阀使输出压力平稳。

优选的方案中，在筒体的顶部设有顶板，顶板上设有进砂口，在进砂口下方的内筒体的内壁设有分散射流管，所述的分散射流管沿圆周设有多个开口，多个开口指向进砂口的水平投影位置。

优选的方案中，所述的射流管从上到下分为两排，上排射流管朝下内筒体底部射流，下排射流管水平射流。

优选的方案中，内筒体的底部为弧形，出液管的顶壁与内筒体连通，出液管从内筒体的一侧引出；

进液腔体还与出液助排射流管的一端连通，出液助排射流管的另一端与出液管的端头连通，用于冲刷出液管内的积砂；

在内筒体底部还设有多个出液支管，出液支管与出液管连通。

优选的方案中，所述的出液管轴线从连接端到自由端向上倾斜，出液管轴线与水平面具有一个夹角；

夹角为1~7°。

优选的方案中，所述的搅拌装置设有竖直的轴，轴的顶端与旋转驱动装置连接，轴位于内筒体内的部分设有多组搅拌叶片；

内筒体的内壁还设有紊流挡板；

在轴上还设有导砂板，导砂板为倒锥形结构，导砂板用于使砂远离轴的位置。

优选的方案中，所述的轴为中空轴管，中空轴管的端头与活动连接头连接，在中空轴管位于内筒体内的位置设有轴射流口，轴射流口与中空轴管连通。

优选的方案中，在内筒体内设有液位计；

出液管与连接管连接，连接管水平布置，在连接管上设有多个管路射流管。

本发明提供了一种压力平衡的混合装置，通过采用搅拌和射流的方式，确保固液混合均匀，在内筒体设置了压力流量补偿阀，当低流量时，压力流量补偿阀关闭，从而确保射流流量足够，避免因射流管的流量不足导致混合不均匀或压力偏低使出液管沉砂。优选的方案中，在进砂口下方设置多个开口的分散射流管，使砂与水的混合更为均匀。设置的出液助排射流管和出液支管能够提高在出液管内的助排、混砂和冲刷积砂的效果。配合的方案中，将出液管向上倾斜，使出液管内的液体具有一个缓冲，提高在出液管内的混合效果，进一步确保固液的均匀性，避免固体直接从出液管排出。设置的导砂板、紊流挡板和轴射流口的结构，能够进一步提高固液混合效果，使固体砂在搅拌装置的高效混合区进行混合。设置的液位计能够通过液位控制，提高混合效率，也能够避免漫罐事故。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明的主视图。

图2为本发明的俯视图。

图3为图2的A-A剖视图。

图4为本发明的立体图。

图5为本发明的优选结构的剖视图。

图6为本发明的压力流量补偿阀的结构示意图。

图中：旋转驱动装置1，进液管2，导砂板3，底板4，出液管5，出液导流板6，放液管7，放液阀门8，分散射流管9，上排射流管10，外筒体11，内筒体12，顶板13，液位计14，搅拌器15，出液助排射流管16，出液支管17，紊流挡板18，压力流量补偿阀19，弹簧191，阀杆192，阀芯193，下排射流管20，活动连接头21，中空轴管22，传动齿轮23，轴射流口24，连接管25，管路射流管26，进液腔体27，进砂口28。

具体实施方式

实施例1：

如图1~4、6中，一种压力平衡的混合装置，包括筒体，筒体内设有搅拌装置，筒体包括外筒体11和内筒体12，外筒体11顶部设有顶板13，顶板13上设有进砂口28,外筒体11和内筒体12的侧壁之间设有进液腔体27。优选的，进液腔体27为封闭结构。外筒体11设有进液管2，进液管2与进液腔体27连通，在内筒体12的内壁设有多个射流管，射流管与进液腔体27连通，在筒体的底部设有出液管5，出液管5与内筒体12的底部连通，还设有至少一个压力流量补偿阀19，压力流量补偿阀19的进口与进液腔体27连通，压力流量补偿阀19的出口位于内筒体12内。由此结构，当进液管与一个液体泵，例如离心泵连接，离心泵采用变频电机驱动，流量范围为10-20m³/min。当采用变频控制时，离心泵的转速下降，10 m³/min工况下液体输出流量和压力均下降，如果通路的截面保持不变，则射流管的射流压力降低，从而导致射流压力不足，难以达到混合效果，排出压力也不足。而当20m³/min工况下，输出压力增加，导致系统的工作压力波动较大，不利于下游泵的输送压力稳定。通过设置的压力流量补偿阀，在低流量工况下关闭，从而减小通路的截面，则射流管的射流压力相应增加。而压力流量补偿阀在高流量工况下开启，补偿通路的截面，射流管的射流压力保持不变，从而确保输出压力平稳。

优选的方案中，所述的压力流量补偿阀19中，阀芯193与弹簧191连接，以使进液腔体27来的液体具有足够的压力才能使阀芯193开启；

压力流量补偿阀19被设置为在低流量工况下关闭，在高流量工况下开启。

优选的方案中，进液管2与变频泵连通，变频泵在图中未示出，变频泵设有低流量工况和高流量工况，高流量工况的进液压力大于低流量工况的进液压力；

所述的压力流量补偿阀19被设置为在低流量工况下关闭，在高流量工况下开启。

优选的方案如图5中，在筒体的顶部设有顶板13，顶板13上设有进砂口28，在进砂口28下方的内筒体12的内壁设有分散射流管9，所述的分散射流管9沿圆周设有多个开口，多个开口指向进砂口28的水平投影位置。由此结构，当砂从进砂口28落下并经过分散射流管9时，被射流分散，以提高混合效果。

优选的方案如图5中，所述的射流管从上到下分为两排，上排射流管10朝下内筒体12底部射流，下排射流管20水平射流。由此结构，形成多处紊流，提高混合效果，尤其是下排射流管20的水平射流对部分下落的砂起到一定阻挡作用，避免成团的砂直接落入到出液管5内，影响混匀效果。

优选的方案如图1、3中，内筒体12的底部为弧形，出液管5的顶壁与内筒体12连通，出液管5从内筒体12的一侧引出；

进液腔体27还与出液助排射流管16的一端连通，出液助排射流管16的另一端与出液管5的端头连通，用于冲刷出液管5内的积砂；由此结构，避免在出液管5的底部形成积砂。

在内筒体12底部还设有多个出液支管17，出液支管17与出液管5连通。由此结构，进一步提高排液效果。

优选的方案如图3中，所述的出液管25轴线从连接端到自由端向上倾斜，出液管25轴线与水平面具有一个夹角a；

夹角a为1~7°。由此结构，在出液管25的位置形成缓冲，以提高混合效果，而且采用该结构，能够在狭窄的空间内尽量增大筒体的容积。

优选的方案如图3中，所述的搅拌装置设有竖直的轴，轴的顶端与旋转驱动装置1连接，轴位于内筒体12内的部分设有多组搅拌叶片；

内筒体12的内壁还设有紊流挡板18；由此结构，用于与搅拌叶片配合在筒体内形成紊流，提高固液混合效果。

在轴上还设有导砂板3，导砂板3为倒锥形结构，导砂板3用于使砂远离轴的位置。由此结构，避免砂在靠近轴的位置集聚，而在靠近搅拌叶片的位置，形成紊流更为强烈，进一步提高固液混合效果。

优选的方案如图5中，所述的轴为中空轴管22，中空轴管22的端头与活动连接头21连接，在中空轴管22位于内筒体12内的位置设有轴射流口24，轴射流口24与中空轴管22连通。优选的，轴射流口24与下排射流管20的位置对应，二者在高度上略微错开，由此结构，进一步使砂远离轴的位置，以进一步提高固液混合效果。由上述结构的组合，使砂在下落过程中即与液体混合均匀，在更小的筒体容积内，实现更佳的混合效果，并且排出压力稳定。

优选的方案如图4中，在内筒体12内设有液位计14；由此结构，用于控制内筒体12内的液体高度，进而控制进液管2的进液流量，确保固液混合的效率，也避免出现漫罐事故。

出液管5的自由端与连接管25连接，连接管25水平布置，在连接管25上设有多个管路射流管26。由此结构，避免砂在出液管5之后的管路中沉降。

在内筒体12的底部还设有放液管7，放液管7与出液管5和出液助排射流管16连通，在放液管7上设有放液阀门8，出液助排射流管16的连接位置位于放液阀门8和出液管5的端头之间。放液管7和出液助排射流管16的直径小于出液管5的直径，优选的，放液管7和出液助排射流管16的直径小于出液管5的直径的1/4。由此结构，以使在出液助排射流管16内形成较高速度的射流，以避免在出液管5的位置积砂，导致放液阀门8难以开启。

使用时，液体从进液管2经过进液腔体27进入到内筒体12内，并且液体还从活动连接头21进入到中空轴管22内，并分别在分散射流管9、上排射流管10、下排射流管20、出液助排射流管16和轴射流口24的位置形成射流；搅拌器15在旋转驱动装置1经过传动齿轮23驱动中空轴管22旋转。旋转驱动装置1包括电机和减速器，例如采用蜗轮蜗杆减速器驱动中空轴管22旋转。中空轴管22上的叶片旋转产生向下和向外侧的紊流，并在紊流挡板18的位置产生更多的紊流结构，与射流管形成的紊流配合形成更多，而且更为复杂的紊流结构。固体物料从进砂口28进入到内筒体12内，在下落过程中，先与分散射流管9的射流接触并被分散，再与上排射流管10的射流和第一层的搅拌叶片接触，进行混合，部分被射流冲刷靠近中空轴管22的砂被导砂板3和轴射流口24的结构使砂离开中空轴管22，在高效混合区域进行混合，第一层的搅拌叶片将充分混合的固液混合液体送入到出液管5内，并在出液助排射流管16冲击下进一步混合。在出液管5的上倾斜端的顶部与内筒体12相切的位置设有出液导流板6，以引导液体进入到连接管25内，避免在连接接头的位置沉积。当低流量工况时，液体压力不足以克服弹簧191的弹性，阀芯193无法开启；高流量工况时，液体压力克服弹簧191的弹性，阀芯193开启，压力流量补偿阀19也产生射流。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种压力平衡的混合装置，其特征是：包括筒体，筒体内设有搅拌装置，筒体包括外筒体（11）和内筒体（12），外筒体（11）和内筒体（12）的侧壁之间设有进液腔体（27），外筒体（11）设有进液管（2），进液管（2）与进液腔体（27）连通，在内筒体（12）的内壁设有多个射流管，射流管与进液腔体（27）连通，在筒体的底部设有出液管（5），出液管（5）与内筒体（12）的底部连通，其特征是：还设有至少一个压力流量补偿阀（19），压力流量补偿阀（19）的进口与进液腔体（27）连通，压力流量补偿阀（19）的出口位于内筒体（12）内。

2.根据权利要求1所述的一种压力平衡的混合装置，其特征是：所述的压力流量补偿阀（19）中，阀芯（193）与弹簧（191）连接，以使进液腔体（27）来的液体具有足够的压力才能使阀芯（193）开启；

压力流量补偿阀（19）被设置为在低流量工况下关闭，在高流量工况下开启。

3.根据权利要求1所述的一种压力平衡的混合装置，其特征是：进液管（2）与变频泵连通，变频泵设有低流量工况和高流量工况，高流量工况的进液压力大于低流量工况的进液压力；

所述的压力流量补偿阀（19）被设置为在低流量工况下关闭，在高流量工况下开启。

4.根据权利要求1所述的一种压力平衡的混合装置，其特征是：在筒体的顶部设有顶板（13），顶板（13）上设有进砂口（28），在进砂口（28）下方的内筒体（12）的内壁设有分散射流管（9），所述的分散射流管（9）沿圆周设有多个开口，多个开口指向进砂口（28）的水平投影位置。

5.根据权利要求1所述的一种压力平衡的混合装置，其特征是：所述的射流管从上到下分为两排，上排射流管（10）朝下内筒体（12）底部射流，下排射流管（20）水平射流。

6.根据权利要求1所述的一种压力平衡的混合装置，其特征是：内筒体（12）的底部为弧形，出液管（5）的顶壁与内筒体（12）连通，出液管（5）从内筒体（12）的一侧引出；

进液腔体（27）还与出液助排射流管（16）的一端连通，出液助排射流管（16）的另一端与出液管（5）的端头连通，用于冲刷出液管（5）内的积砂；

在内筒体（12）底部还设有多个出液支管（17），出液支管（17）与出液管（5）连通。

7.根据权利要求1所述的一种压力平衡的混合装置，其特征是：所述的出液管（25）轴线从连接端到自由端向上倾斜，出液管（25）轴线与水平面具有一个夹角（a）；

夹角（a）为1~7°。

8.根据权利要求1所述的一种压力平衡的混合装置，其特征是：所述的搅拌装置设有竖直的轴，轴的顶端与旋转驱动装置（1）连接，轴位于内筒体（12）内的部分设有多组搅拌叶片；

内筒体（12）的内壁还设有紊流挡板（18）；

在轴上还设有导砂板（3），导砂板（3）为倒锥形结构，导砂板（3）用于使砂远离轴的位置。

9.根据权利要求1所述的一种压力平衡的混合装置，其特征是：所述的轴为中空轴管（22），中空轴管（22）的端头与活动连接头（21）连接，在中空轴管（22）位于内筒体（12）内的位置设有轴射流口（24），轴射流口（24）与中空轴管（22）连通。

10.根据权利要求1所述的一种压力平衡的混合装置，其特征是：在内筒体（12）内设有液位计（14）；

出液管（5）与连接管（25）连接，连接管（25）水平布置，在连接管（25）上设有多个管路射流管（26）。

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