本發(fā)明涉及石油裝備技術(shù)領(lǐng)域。更具體地說，本發(fā)明涉及一種混砂車用變螺距螺旋輸砂絞龍。

背景技術(shù)：

水力壓裂是目前廣泛應(yīng)用的油氣井增產(chǎn)措施，水力壓裂過程中需要加入大量的砂粒擠入巖層，支撐液壓碎裂的巖層，建立原油流通孔隙通道。隨著石油開采時間的推移，產(chǎn)量日漸減少，需要更多的水力壓裂作業(yè)來增產(chǎn)?；焐败囀菈毫言O(shè)備的主要組成部分，螺旋輸砂器是其核心部件，其性能發(fā)揮的好壞，直接影響現(xiàn)場施工的效率和質(zhì)量。

現(xiàn)有的壓裂作業(yè)混砂車的螺旋輸砂裝置，也叫絞龍，由絞龍軸、螺旋葉片、外殼組成，上端裝有傳動機構(gòu)，下端配裝軸承及密封結(jié)構(gòu)。采用螺旋形式向上傳送石英砂、涂料砂等硬度較大的固體顆?！，F(xiàn)有的螺旋輸砂器在現(xiàn)場使用過程中，進(jìn)料斗不停填砂，處于充滿狀態(tài)，當(dāng)砂粒需求量大的時候，需要提高絞龍軸的轉(zhuǎn)速，此時經(jīng)常出現(xiàn)空化現(xiàn)象，導(dǎo)致輸砂性能不穩(wěn)定，輸出砂量波動大，控制精度難以提高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個目的是解決至少上述問題，并提供至少后面將說明的優(yōu)點。

本發(fā)明還有一個目的是提供一種混砂車用變螺距螺旋輸砂絞龍，其結(jié)構(gòu)適用性強，能夠有效應(yīng)用在壓裂作業(yè)的輸砂設(shè)備中，提高整體設(shè)備的性能，減少輸砂量的波動，提高輸砂作業(yè)的質(zhì)量。

為了實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的這些目的和其它優(yōu)點，提供了一種混砂車用變螺距螺旋輸砂絞龍，包括：

殼體，其傾斜設(shè)置，所述殼體的進(jìn)料端連通進(jìn)料斗、出料端連通混砂罐；

絞龍軸，其設(shè)置在所述殼體內(nèi)部，所述絞龍軸與電機的輸出軸連接，所述電機驅(qū)動所述絞龍軸旋轉(zhuǎn)；

螺旋葉片，其同軸設(shè)置在所述絞龍軸上、并與所述殼體內(nèi)壁間隙配合，所述螺旋葉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設(shè)置、所述第二部分的螺距自下至上遞減設(shè)置，所述第二部分與所述第一部分的連接處的螺距不小于所述第一部分的螺距。

優(yōu)選的是，所述的混砂車用變螺距螺旋輸砂絞龍，第一部分與第二部分的軸向長度比小于1:3。

優(yōu)選的是，所述的混砂車用變螺距螺旋輸砂絞龍，所述第一部分的螺距為所述螺旋葉片直徑的0.5～0.6倍，所述第二部分的螺距為所述螺旋葉片直徑的0.6～1倍。

優(yōu)選的是，所述的混砂車用變螺距螺旋輸砂絞龍，其特征在于，所述螺旋葉片與所述殼體內(nèi)壁的間距為輸送砂粒的直徑的3～5倍。

優(yōu)選的是，所述的混砂車用變螺距螺旋輸砂絞龍，所述殼體、所述絞龍軸與水平線夾角為30～65°。

優(yōu)選的是，所述的混砂車用變螺距螺旋輸砂絞龍，所述絞龍軸上還設(shè)有等直徑的至少一個螺旋子葉片，對于任一個螺旋子葉片，其設(shè)置在所述螺旋葉片的大螺距部的相鄰兩圈之間、并與所述螺旋葉片不沖突，所述螺旋子葉片與所述螺旋葉片的旋向一致、直徑比為1:2～4，所述螺旋子葉片的螺距自下至上遞減，其中，所述螺旋葉片的大螺距部為所述第二部分上螺距大于所述第一部分的螺距的部分。

優(yōu)選的是，所述的混砂車用變螺距螺旋輸砂絞龍，所述絞龍軸為內(nèi)部中空結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部同軸設(shè)有中空的輸氣管，所述絞龍軸與所述輸氣管之間形成輸送清洗液的環(huán)狀空腔，所述輸氣管內(nèi)部形成輸送空氣的柱狀空腔，所述絞龍軸與清洗液罐體連通、所述輸氣管與氣缸連通，所述絞龍軸上設(shè)有多個送氣孔和送液孔，所述送氣孔與所述輸氣管密封連通，所述螺旋葉片的任意兩圈之間均設(shè)有至少三個所述送氣孔和至少三個所述送液孔，所述送氣孔與所述送液孔上均設(shè)有電磁閥，所述螺旋葉片的每一圈的波峰處均設(shè)有重量傳感器。

優(yōu)選的是，所述的混砂車用變螺距螺旋輸砂絞龍，所述輸氣管被分隔成抽氣腔和送氣腔，所述送氣腔與所述送氣孔連通，

所述螺旋葉片的大螺距部的任意兩圈之間的下方葉片的上表面靠近邊緣處設(shè)有振動機構(gòu)，其包括：

基座，其內(nèi)部形成一圓柱狀空腔，所述基座上設(shè)有進(jìn)氣口與出氣口，所述進(jìn)氣口、所述出氣口分別通過柔性管體與所述送氣腔、所述抽氣腔密封連通；

滑軌，其為環(huán)形閉合狀結(jié)構(gòu)，所述滑軌同軸設(shè)置在所述基座的空腔內(nèi)部，所述滑軌表面設(shè)有一u形滑槽；

剛性滑塊，其為兩頭小、中間大的鼓形結(jié)構(gòu)，所述剛性滑塊的軸線平行于所述滑軌的軸線，所述剛性滑塊的中部活動嵌設(shè)在所述滑槽上，所述剛性滑塊的兩頭部為平面且平行于所述基座的空腔內(nèi)壁，所述剛性滑塊的兩頭部的平面上設(shè)有多個凸起，其與所述基座的空腔的內(nèi)壁接觸。

本發(fā)明至少包括以下有益效果：

第一、本發(fā)明的螺旋葉片為等徑變螺距結(jié)構(gòu)，第一部分螺距均勻且較小，進(jìn)砂速度快，能夠充分承接進(jìn)料斗送入的砂粒，使砂粒以勻速向上傳送，第二部分與第一部分的連接處螺距突然增大后沿物料輸送方向的螺距逐漸變小，使壓縮的砂粒充分膨脹、疏松，在增大絞龍轉(zhuǎn)速的同時，砂粒輸送速度快，不堆積、不擠壓、摩擦力小，出口排砂量波動小，大大改善壓裂作業(yè)時輸砂過程中對輸送量的控制，提高了設(shè)備的平穩(wěn)性；

第二、第一部分與第二部分的軸向長度比小于1:3平衡絞龍轉(zhuǎn)速提高與輸送量的矛盾，確保輸送量平穩(wěn)的基礎(chǔ)上提高蛟龍轉(zhuǎn)速而不影響輸出量平穩(wěn)；第一部分、第二部分的螺距長度設(shè)置是通過砂粒仿真分析實驗對比得到的最優(yōu)化數(shù)據(jù)，出口排砂量最大且波動最小；螺旋葉片與殼體間隙設(shè)置，便于剛性金屬砂粒在蛟龍旋轉(zhuǎn)過程中順利輸送，不堆積、不擠壓殼體內(nèi)壁；殼體、絞龍軸傾斜設(shè)置的角度便于在混砂車上布置、設(shè)備平穩(wěn)性最佳；

第三、同旋向螺旋子葉片的設(shè)置避免了螺距突然增大導(dǎo)致的松散現(xiàn)象，使砂粒獲得更為合適的攤鋪速度，保證砂粒在大螺距部的均勻性和飽滿性，直徑與螺距設(shè)置消除爬坡造成的擠壓問題，減小與螺旋葉片的摩擦阻力，使輸砂更加流暢；

第四、在螺旋葉片每一圈波峰處設(shè)置重量傳感器，檢測滯留的砂粒量，將絞龍軸內(nèi)部分隔成空氣流道和清洗液流道，當(dāng)滯留的砂粒量大于閾值時，可通過空氣流道鼓風(fēng)清理，當(dāng)輸送量較大造成砂粒填充過于飽滿，可通過清洗液流道補水潤滑，當(dāng)殼體內(nèi)部需要清洗，可通過清洗液流道噴布清洗液，然后通過空氣流道鼓風(fēng)風(fēng)干，維護簡單，當(dāng)正常輸送作業(yè)過程中，可通過控制器關(guān)閉電磁閥避免堵塞絞龍軸內(nèi)部；

第五、振動機構(gòu)的設(shè)置避免了因螺距變大砂粒填充系數(shù)變小導(dǎo)致相同輸送量造成的工作效率低的問題，其在絞龍不減少輸送量、不降低輸送速度的情況下，使物料與螺旋葉片、螺旋子葉片的摩擦阻力幾乎為0，使飽滿的砂粒輸出并卸料，進(jìn)氣口、出氣口分別與送氣腔、抽氣腔換氣，柔性管體使氣流在震動與轉(zhuǎn)動過程平穩(wěn)流動，滑塊在滑軌的滑槽中被氣流沖擊轉(zhuǎn)動振動，滑塊的鼓面通過凸起在振動作用下與基座內(nèi)壁接觸、貼合然后遠(yuǎn)離，增大滑塊與滑軌的接觸面積，降低接觸面受到的摩擦力、碰撞力產(chǎn)生的壓強，加強狹小空間的振動效果。

本發(fā)明的其它優(yōu)點、目標(biāo)和特征將部分通過下面的說明體現(xiàn)，部分還將通過對本發(fā)明的研究和實踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的絞龍軸和螺旋葉片的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明另一種技術(shù)方案的絞龍軸和螺旋葉片的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明的基座的剖面圖；

圖5為本發(fā)明的剛性滑塊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明的絞龍軸的徑向截面示意圖；

圖7為本發(fā)明的螺距變化時輸砂量的仿真數(shù)據(jù)圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文字能夠據(jù)以實施。

應(yīng)當(dāng)理解，本文所使用的諸如“具有”、“包含”以及“包括”術(shù)語并不配出一個或多個其它元件或其組合的存在或添加。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“設(shè)置”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定相連、設(shè)置，也可以是可拆卸連接、設(shè)置，或一體地連接、設(shè)置。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。術(shù)語“橫向”、“縱向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，并不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。

如圖1、2所示，本發(fā)明提供一種混砂車用變螺距螺旋輸砂絞龍，包括：

殼體11，其傾斜設(shè)置，所述殼體11的進(jìn)料端連通進(jìn)料斗2、出料端連通混砂罐3；

絞龍軸12，其設(shè)置在所述殼體11內(nèi)部，當(dāng)殼體11的主體部分為圓柱狀時，絞龍軸12與殼體11的主體部分同軸設(shè)置，絞龍軸12所述絞龍軸12與電機的輸出軸連接，所述電機驅(qū)動所述絞龍軸12旋轉(zhuǎn)；

螺旋葉片13，其同軸設(shè)置在所述絞龍軸12上、并與所述殼體11內(nèi)壁間隙配合，間隙的大小以物料能通過為宜，所述螺旋葉片13包括沿軸線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等螺距設(shè)置、所述第二部分132的螺距自下至上遞減設(shè)置，所述第二部分132與所述第一部分131的連接處的螺距不小于所述第一部分131的螺距。

在上述技術(shù)方案中，螺旋葉片13為等徑變螺距結(jié)構(gòu)，第一部分131螺距均勻且較小，進(jìn)砂速度快，能夠充分承接進(jìn)料斗2送入的砂粒，使砂粒以勻速向上傳送，第二部分132與第一部分131的連接處的螺距突然增大后沿物料輸送方向(即自下至上)的螺距逐漸變小，使壓縮的砂粒充分膨脹、疏松，在增大絞龍轉(zhuǎn)速的同時，砂粒輸送速度快，不堆積、不擠壓、摩擦力小，出口排砂量波動小，大大改善壓裂作業(yè)時輸砂過程中對輸送量的控制，提高了設(shè)備的平穩(wěn)性。

在另一種技術(shù)方案中，所述的混砂車用變螺距螺旋輸砂絞龍，第一部分131與第二部分132的軸向長度比小于1:3，平衡絞龍轉(zhuǎn)速提高與輸送量的矛盾，確保輸送量平穩(wěn)的基礎(chǔ)上提高蛟龍轉(zhuǎn)速而不影響輸出量平穩(wěn)。

在另一種技術(shù)方案中，所述的混砂車用變螺距螺旋輸砂絞龍，所述第一部分131的螺距為所述螺旋葉片13直徑的0.5～0.6倍，所述第二部分132的螺距為所述螺旋葉片13直徑的0.6～1倍，且數(shù)據(jù)是通過砂粒仿真分析實驗對比得到的最優(yōu)化數(shù)據(jù)，出口排砂量最大且波動最小，如圖7所示，①為第一部分131螺距為0.53倍螺旋葉片13直徑、第二部分132螺距為0.69倍螺旋葉片13直徑，②為第一部分131螺距為0.53倍螺旋葉片13直徑、第二部分132螺距為0.53倍螺旋葉片13直徑遞增至1倍螺旋葉片13直徑，③為第一部分131螺距為0.53倍螺旋葉片13直徑、第二部分132螺距為1倍螺旋葉片13直徑遞減至0.53倍螺旋葉片13直徑，故可以看出，本技術(shù)方案的輸砂量大、波動小、速度快。

在另一種技術(shù)方案中，所述的混砂車用變螺距螺旋輸砂絞龍，所述螺旋葉片13與所述殼體11內(nèi)壁的間距為輸送砂粒的直徑的3～5倍，便于剛性金屬砂粒在蛟龍旋轉(zhuǎn)過程中順利輸送，不堆積、不擠壓殼體11內(nèi)壁。

在另一種技術(shù)方案中，所述的混砂車用變螺距螺旋輸砂絞龍，所述殼體11、所述絞龍軸12與水平線夾角為30～65°，便于在混砂車上布置、設(shè)備平穩(wěn)性最佳。

在另一種技術(shù)方案中，如圖3所示，所述的混砂車用變螺距螺旋輸砂絞龍，所述絞龍軸12上還設(shè)有等直徑的至少一個螺旋子葉片133，對于任一個螺旋子葉片133，其設(shè)置在所述螺旋葉片13的大螺距部的相鄰兩圈之間、并與所述螺旋葉片13不沖突，螺旋子葉片133所述螺旋子葉片133與所述螺旋葉片13的旋向一致、直徑比為1:2～4，螺旋子葉片133螺旋葉片13所述螺旋子葉片133的螺距自下至上遞減，其中，所述螺旋葉片13的大螺距部為所述第二部分132上螺距大于所述第一部分131的螺距的部分。同旋向螺旋子葉片133的設(shè)置避免了螺距突然增大導(dǎo)致的松散現(xiàn)象，使砂粒獲得更為合適的攤鋪速度，保證砂粒在大螺距部的均勻性和飽滿性，直徑與螺距設(shè)置消除爬坡造成的擠壓問題，減小與螺旋葉片13的摩擦阻力，使輸砂更加流暢。

在另一種技術(shù)方案中，所述的混砂車用變螺距螺旋輸砂絞龍，所述絞龍軸12為內(nèi)部中空結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部同軸設(shè)有中空的輸氣管121，所述絞龍軸12與所述輸氣管121之間形成輸送清洗液的環(huán)狀空腔，所述輸氣管121內(nèi)部形成輸送空氣的柱狀空腔，所述絞龍軸12與清洗液罐體連通、所述輸氣管121與氣缸連通，所述絞龍軸12上設(shè)有多個送氣孔和送液孔，所述送氣孔與所述輸氣管121密封連通，所述螺旋葉片13的任意兩圈之間均設(shè)有至少三個所述送氣孔和至少三個所述送液孔，所述送氣孔與所述送液孔上均設(shè)有電磁閥，所述螺旋葉片13的每一圈的波峰處均設(shè)有重量傳感器。在螺旋葉片13每一圈波峰處設(shè)置重量傳感器，檢測滯留的砂粒量，將絞龍軸12內(nèi)部分隔成空氣流道和清洗液流道，當(dāng)滯留的砂粒量大于閾值時，可通過空氣流道鼓風(fēng)清理，當(dāng)輸送量較大造成砂粒填充過于飽滿，可通過清洗液流道補水潤滑，當(dāng)殼體11內(nèi)部需要清洗，可通過清洗液流道噴布清洗液，然后通過空氣流道鼓風(fēng)風(fēng)干，維護簡單，當(dāng)正常輸送作業(yè)過程中，可通過控制器關(guān)閉電磁閥避免堵塞絞龍軸12內(nèi)部。

在另一種技術(shù)方案中，如圖4、5、6所示，所述的混砂車用變螺距螺旋輸砂絞龍，所述輸氣管121被分隔成抽氣腔122和送氣腔123，所述送氣腔123與所述送氣孔連通，

振動機構(gòu)14所述螺旋葉片13的大螺距部的任意兩圈之間的下方葉片的上表面靠近邊緣處設(shè)有振動機構(gòu)14，其包括：

基座141，其螺旋葉片13基座141內(nèi)部形成一圓柱狀空腔，所述基座141上設(shè)有進(jìn)氣口與出氣口，所述進(jìn)氣口、所述出氣口分別通過柔性管體與所述送氣腔123、所述抽氣腔122絞龍軸12密封連通；

滑軌142，滑軌142其為環(huán)形閉合狀結(jié)構(gòu)，所述滑軌142同軸設(shè)置在所述基座141的空腔內(nèi)部，所述滑軌142表面設(shè)有一u形滑槽；

剛性滑塊143，其剛性滑塊143為兩頭小、中間大的鼓形結(jié)構(gòu)，所述剛性滑塊143的軸線平行于所述滑軌142的軸線，所述剛性滑塊143的中部活動嵌設(shè)在所述滑槽上，所述剛性滑塊143的兩頭部為平面且平行于所述基座141的空腔內(nèi)壁，所述剛性滑塊143的兩頭部的平面上設(shè)有多個凸起，其與所述基座141的空腔的內(nèi)壁接觸。

在上述技術(shù)方案中，振動機構(gòu)14的設(shè)置避免了因螺距變大砂粒填充系數(shù)變小導(dǎo)致相同輸送量造成的工作效率低的問題，其在絞龍不減少輸送量、不降低輸送速度的情況下，使物料與螺旋葉片13、螺旋子葉片133的摩擦阻力幾乎為0，使飽滿的砂粒輸出并卸料，進(jìn)氣口、出氣口分別與送氣腔123、抽氣腔122換氣，柔性管體使氣流在震動與轉(zhuǎn)動過程平穩(wěn)流動，剛性滑塊143在滑軌142的滑槽中被氣流沖擊轉(zhuǎn)動振動，剛性滑塊143的鼓面通過凸起在振動作用下與基座141內(nèi)壁接觸、貼合然后遠(yuǎn)離，增大剛性滑塊143與滑軌142的接觸面積，降低接觸面受到的摩擦力、碰撞力產(chǎn)生的壓強，加強狹小空間的振動效果。

這里說明的設(shè)備數(shù)量和處理規(guī)模是用來簡化本發(fā)明的說明的。對本發(fā)明的應(yīng)用、修改和變化對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是顯而易見的。

盡管本發(fā)明的實施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實施方式中所列運用，它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領(lǐng)域，對于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地實現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限于特定的細(xì)節(jié)和這里示出與描述的圖例。