输砂机试验装置及方法.pdf

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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201410726867.5 (22)申请日 2014.12.04 B65G 47/18(2006.01) B65G 49/00(2006.01) (71)申请人 武汉科技大学 地址 430000 湖北省鄂州市和平大道 947 号 申请人 长江大学 (72)发明人 贾宏禹 孔建益 周思柱 (74)专利代理机构 宜昌市三峡专利事务所 42103 代理人 黎泽洲 (54) 发明名称 输砂机试验装置及方法 (57) 摘要 一种输砂机试验装置， 试验搅龙的出料口下 方设有分流装置， 分流装置底部设有可切换的第 一出料口和第二出料口， 第一出料口下。

2、方设有第 一称重料斗， 第二出料口下方设有第二称重料斗， 第一称重料斗和第二称重料斗位于循环搅龙的进 料口上方。一种采用上述的试验装置进行输送试 验的方法， 包括以下步骤 ： 设定试验搅龙的倾角， 将分流装置循环切换到第一出料口或第二出料 口， 利用静态称量得到精确的物料重量， 从而得到 一个时间段内的平均流量。本发明通过采用上述 的装置和方法， 可以获得高精度的物料输送瞬时 流量和累积流量， 误差小于千分之一。 从而可以根 据实验数据对输送装置进行优化设计， 提高输送 性能。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书5页 附图。

3、4页 (10)申请公布号 CN 104477629 A (43)申请公布日 2015.04.01 CN 104477629 A 1/2 页 2 1.一种输砂机试验装置， 其特征是 ： 试验搅龙 （4） 的出料口 （43） 下方设有分流装置 （1） ， 分流装置 （1） 底部设有可切换的第一出料口 （108） 和第二出料口 （109） ， 第一出料口 （108） 下方设有第一称重料斗 （2） ， 第二出料口 （109） 下方设有第二称重料斗 （2） ， 第一称 重料斗 （2） 和第二称重料斗 （2） 的出料口位于循环搅龙 （6） 的进料口上方 ； 循环搅龙 （6） 的出料口位于储料斗 （7） 的。

4、上方， 储料斗 （7） 位于试验搅龙 （4） 的进料口 （44） 上方。 2.根据权利要求1所述的一种输砂机试验装置， 其特征是 ： 所述的试验搅龙 （4） 上设有 扭矩传感器 （41） 和角速度传感器 （42） ， 扭矩传感器 （41） 和角速度传感器 （42） 与采集装置 电连接。 3.根据权利要求1所述的一种输砂机试验装置， 其特征是 ： 所述的第一称重料斗 （2） 和 第二称重料斗 （2） 分别通过多个称重传感器 （21） 支承在支架 （9） 上， 称重传感器 （21） 与 采集装置电连接， 第一称重料斗 （2） 和第二称重料斗 （2） 的底部分别设有闸门。 4.根据权利要求 1 所述。

5、的一种输砂机试验装置， 其特征是 ： 所述的分流装置 （1） 中， 在 第一出料口 （108） 和第二出料口 （109） 的连接部设有转轴 （110） ， 转轴 （110） 与分料板 （103） 固定连接， 转轴 （110） 的端头与主动轮 （104） 固定连接， 主动轮 （104） 与从动轮 （105） 通过 柔性传动件 （107） 连接， 驱动气缸 （106） 与柔性传动件 （107） 连接。 5.根据权利要求4所述的一种输砂机试验装置， 其特征是 ： 分流装置 （1） 的上部为分料 斗 （101） ， 在分料斗 （101） 与第一出料口 （108） 和第二出料口 （109） 连接部位的两。

6、侧设有导 料板 （102） 。 6.根据权利要求 1 所述的一种输砂机试验装置， 其特征是 ： 试验搅龙 （4）的进料口 （44） 一端与底板 （8） 铰接或被底板 （8） 上的限位块 （37） 限位， 试验搅龙 （4） 的中部设有可 升降的倾角调节装置 （3） 。 7.根据权利要求 6 所述的一种输砂机试验装置， 其特征是 ： 所述的倾角调节装置 （3） 中， 座板 （33） 与底板 （8） 铰接， 座板 （33） 上安装有可旋转不可轴向位移的蜗轮螺母 （34） ， 蜗杆 （35） 与蜗轮螺母 （34） 的外壁啮合， 蜗轮螺母 （34） 的内壁与螺杆 （38） 螺纹连接， 螺杆 （38） 与。

7、试验搅龙 （4） 的中部铰接。 8.一种采用权利要求 17 任一项所述的输砂机试验装置进行输砂试验的方法， 其特征 是包括以下步骤 ： 一、 设定试验搅龙 （4） 的倾角， 将分流装置 （1） 切换到第一出料口 （108） ， 第一称重料斗 （2） 的闸门关闭 ； 二、 储料斗 （7） 给试验搅龙 （4） 的进料口 （44） 供料， 试验搅龙 （4） 启动送料， 设定开始 时间 （t0） ， 物料从试验搅龙 （4） 的出料口 （43） 排出到分流装置 （1） ， 经第一出料口 （108） 排 入到第一称重料斗 （2） 内， 称重传感器 （21） 开始称重 ； 三、 当采集到称重传感器 （21）。

8、的数值达到设定值， 分流装置 （1）切换到第二出料口 （109） ， 第一称重料斗 （2） 的称重传感器 （21） 称重得到最大值， 并得到输送到第一称重料斗 （2） 的时间段， 然后开启闸门排料至循环搅龙 （6） ， 同时开始记录输送到第二称重料斗 （2） 的时间 ； 四、 分流装置 （1） 切换到位后， 物料经第二出料口 （109） 排入到第二称重料斗 （2） 内， 称重传感器 （21） 开始称重， 当采集到称重传感器 （21） 的数值达到设定值， 分流装置 （1） 切 权 利 要 求 书 CN 104477629 A 2 2/2 页 3 换到第一出料口 （108） ； 五、 第二称重料斗。

9、 （2） 的的称重传感器 （21） 称重得到最大值， 并得到输送到第二称重 料斗 （2） 的时间段， 然后开启闸门排料至循环搅龙 （6） ； 如此循环， 精确测得试验搅龙 （4） 在一个时间段内输送的物料重量， 从而得到该时间段 内的平均流量。 9.根据权利要求 8 所述的一种输送试验方法， 其特征是 ： 在步骤三和步骤五中， 循环搅 龙 （6） 输送物料至储料斗 （7） ， 储料斗 （7） 给试验搅龙 （4） 的进料口 （44） 供料， 形成循环。 10.根据权利要求 8 所述的一种输送试验方法， 其特征是 ： 试验搅龙 （4） 上设有变频电 机， 设置的扭矩传感器 （41） 和角速度传感器。

10、 （42） 与变频电机形成闭环控制。 权 利 要 求 书 CN 104477629 A 3 1/5 页 4 输砂机试验装置及方法 技术领域 0001 本发明涉及输送试验装置领域， 特别是一种输砂机试验装置及方法。 背景技术 0002 在石油钻采设备中， 螺旋输砂器为压裂混砂车的重要组件， 现有技术中使用的螺 旋输砂器即搅龙， 主要由液压马达或电机、 进出料斗及螺旋输送装置这三大部分组成。 其主 要工作指标为驱动功率、 输砂量、 输送效率。而影响上述工作指标的参数主要有螺旋轴转 速、 螺旋叶片直径、 螺距、 螺旋轴直径和螺旋输送器倾斜角度、 间隙等参数。 通过试验装置可 以试验用于研究螺旋输砂器。

11、的结构参数和工作参数对工作指标的影响， 发现结构参数与工 作指标的内在联系， 从而为设计高效率的节能型输砂装置提供实践依据。 0003 现有技术中没有可供参考的大倾角螺旋输送机的倾角系数、 填充系数、 摩擦特性 等参数 ； 更没有针对可变结构参数、 工作参数和输送倾角的多功能循环输砂试验装置。 0004 中国专利文献CN 102419257 A公开了一种压裂混砂车输砂试验装置， 记载了一种 循环输砂装置， 采用了固体流量计来测量瞬时流量和累积流量， 存在的问题是， 固体流量计 的精度太低， 误差较大， 总误差达到 5%10%， 难以实现试验的目的。 发明内容 0005 本发明所要解决的技术问题。

12、是提供一种输砂机试验装置及方法， 可以实现瞬时流 量和累积流量的精确测量， 从而精确测定转速、 螺旋叶片直径、 螺旋轴直径、 螺距、 间隙和倾 角对物料输送的单因素和多因素组合影响。 还能够用于螺旋输送器产品出厂前的输送试验 及性能标定， 便于现场使用时通过改变转速对物料输送量的精确控制。 0006 为解决上述技术问题， 本发明所采用的技术方案是 ： 一种输砂机试验装置， 试验搅 龙的出料口下方设有分流装置， 分流装置底部设有可切换的第一出料口和第二出料口， 第 一出料口下方设有第一称重料斗， 第二出料口下方设有第二称重料斗， 第一称重料斗和第 二称重料斗的出料口位于循环搅龙的进料口上方 ； 。

13、循环搅龙的出料口位于储料斗的上方， 储料斗位于试验搅龙的进料口上方。 0007 所述的试验搅龙上设有扭矩传感器和角速度传感器， 扭矩传感器和角速度传感器 与采集装置电连接。 0008 所述的第一称重料斗和第二称重料斗分别通过多个称重传感器支承在支架上， 称 重传感器与采集装置电连接， 第一称重料斗和第二称重料斗的底部分别设有闸门。 0009 所述的分流装置中， 在第一出料口和第二出料口的连接部设有转轴， 转轴与分料 板固定连接， 转轴的端头与主动轮固定连接， 主动轮与从动轮通过柔性传动件连接， 驱动气 缸与柔性传动件连接。 0010 分流装置的上部为分料斗， 在分料斗与第一出料口和第二出料口连。

14、接部位的两侧 设有导料板。 0011 试验搅龙的进料口一端与底板铰接或被底板上的限位块限位， 试验搅龙的中部设 说 明 书 CN 104477629 A 4 2/5 页 5 有可升降的倾角调节装置。 0012 所述的倾角调节装置中， 座板与底板铰接， 座板上安装有可旋转不可轴向位移的 蜗轮螺母， 蜗杆与蜗轮螺母的外壁啮合， 蜗轮螺母的内壁与螺杆螺纹连接， 螺杆与试验搅龙 的中部铰接。 0013 一种采用上述的输砂机试验装置进行输砂试验的方法， 包括以下步骤 ： 一、 设定试验搅龙的倾角， 将分流装置切换到第一出料口， 第一称重料斗的闸门关闭 ； 二、 储料斗给试验搅龙的进料口供料， 试验搅龙启。

15、动送料， 设定开始时间， 物料从试验 搅龙的出料口排出到分流装置， 经第一出料口排入到第一称重料斗内， 称重传感器开始称 重 ； 三、 当采集到称重传感器的数值达到设定值， 分流装置切换到第二出料口， 第一称重料 斗的称重传感器称重得到最大值， 并得到输送到第一称重料斗的时间段， 然后开启闸门排 料至循环搅龙， 同时开始记录输送到第二称重料斗的时间 ； 四、 分流装置切换到位后， 物料经第二出料口排入到第二称重料斗内， 称重传感器开始 称重， 当采集到称重传感器的数值达到设定值， 分流装置切换到第一出料口 ； 五、 第二称重料斗的的称重传感器称重得到最大值， 并得到输送到第二称重料斗的时 间段。

16、， 然后开启闸门排料至循环搅龙 ； 如此循环， 精确测得试验搅龙在一个时间段内输送的物料重量， 从而得到该时间段内 的平均流量。 0014 在步骤三和步骤五中， 循环搅龙输送物料至储料斗， 储料斗给试验搅龙的进料口 供料， 形成循环。 0015 试验搅龙上设有变频电机， 设置的扭矩传感器和角速度传感器与变频电机形成闭 环控制。 0016 本发明提供的一种输砂机试验装置及方法， 通过采用上述的装置和方法， 通过循 环静态称重的方法， 可以获得高精度的物料输送瞬时流量和累积流量， 误差小于千分之一， 例如采用欧姆龙的称重传感器， 误差可以控制在 0.05% 以内。从而可以根据实验数据对输 送装置进。

17、行优化设计， 提高输送性能。 并可利用该试验装置， 进行出厂前的输送性能标定试 验。 附图说明 0017 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明 ： 图 1 为本发明的主视结构示意图。 0018 图 2 为本发明的左视结构示意图。 0019 图 3 为本发明中分流装置的局部放大示意图。 0020 图 4 为本发明中倾角调节装置的结构示意图。 0021 图 5 为本发明的试验方法流程图。 0022 图 6 为本发明中利用分流装置的称重流程图。 0023 图中 ： 分流装置1， 分料斗101， 导料板102， 分料板103， 主动轮104， 从动轮105， 驱 动气缸 106， 柔性传动件 10。

18、7， 第一出料口 108， 第二出料口 109， 转轴 110， 第一称重料斗 2， 称重传感器 21， 自动闸门 22， 第二称重料斗 2， 倾角调节装置 3， 倾角铰座 31， 螺母座铰座 说 明 书 CN 104477629 A 5 3/5 页 6 32， 座板 33， 蜗轮螺母 34， 蜗杆 35， 手柄 36， 限位块 37， 螺杆 38， 试验搅龙 4， 扭矩传感器 41， 角速度传感器42， 出料口43， 进料口44， 限位立柱5， 第一循环搅龙6， 储料斗7， 底板8， 支架 9。 具体实施方式 0024 实施例 1 ： 如图 14 中， 一种输砂机试验装置， 试验搅龙 4 的。

19、出料口 43 下方设有分流装置 1， 分流 装置1底部设有可切换的第一出料口108和第二出料口109， 第一出料口108下方设有第一 称重料斗 2， 第二出料口 109 下方设有第二称重料斗 2， 第一称重料斗 2 的出料口位于循环 搅龙6的进料口上方， 第二称重料斗2的出料口也位于循环搅龙的进料口上方 ； 优选的， 所 述的第一称重料斗 2 和第二称重料斗 2 分别通过多个称重传感器 21 支承在支架 9 上， 称 重传感器 21 与采集装置电连接， 第一称重料斗 2 和第二称重料斗 2 的底部分别设有闸门。 本例中采用由气缸驱动的自动闸门 22。 0025 优选的， 本例中的第一称重料斗 。

20、2 和第二称重料斗 2 的出料口互相靠近， 以便于 使物料均落入到循环搅龙 6 的进料口。本例中， 循环搅龙 6 的进料口采用优化设计， 如图 2 中所示， 循环搅龙6的进料口一侧相对于另一侧较宽， 以便于收集第一称重料斗2和第二称 重料斗 2 的出料口落下的物料。优选的， 循环搅龙 6 的输送量大于试验搅龙 （4） 的输送量。 0026 循环搅龙 6 的出料口位于储料斗 7 的上方， 储料斗 7 位于试验搅龙 4 的进料口 44 上方。由此结构， 从试验搅龙 4 输出的物料， 例如石英砂在经过第一称重料斗 2 和第二称重 料斗 2 的精确测量后， 又经过循环搅龙 6 输送至储料斗 7， 从而。

21、实现循环试验， 以在更长的 时间段内， 获得更精确的试验数据， 或者通过更长的时间， 来测试各个试验参数对试验搅龙 4 输送物料的影响。 0027 所述的试验搅龙 4 上设有扭矩传感器 41 和角速度传感器 42， 扭矩传感器 41 和角 速度传感器 42 与采集装置电连接。由此结构， 便于通过 PLC 或工控机实现自动控制， 降低 试验过程中的劳动强度。优选的， 试验搅龙 4 上设有变频电机， 通过变化的速度， 从而测量 不同参数下的试验搅龙 4， 在不同速度下的扭矩， 通过角速度传感器 42 可以反馈实际转速 与变频器输出转速的误差。以实现优化设计。 0028 分流装置 1 在现有技术中有。

22、较多， 例如常用的物料分流器， 本例优选的方案如图 3 中所示， 所述的分流装置1中， 在第一出料口108和第二出料口109的连接部设有转轴110， 转轴 110 与分料板 103 固定连接， 本例中的分料板 103 优选采用横截面为内凹弧形板， 由此 结构， 在物料流动中， 物料集中在分料板 103 的中轴线， 从而对分料板 103 与分流装置 1 的 壳体之间的密封要求降低。 0029 本例中， 转轴 110 的端头伸出分流装置 1 的壳体与主动轮 104 固定连接， 主动轮 104 与从动轮 105 通过柔性传动件 107 连接， 本例中的柔性传动件 107 包括链条、 带齿皮带 或三角。

23、带等， 驱动气缸 106 与柔性传动件 107 连接。本例中， 通过链传动机构或皮带传动机 构， 将驱动气缸 106 的直线运动转换为旋转运动， 尤其是在转换过程中， 具有缓冲避免损坏 零部件。如图 3 左图中， 当驱动气缸 106 的活塞杆伸出时， 带动柔性传动件 107 向左运动， 从而带动主动轮 104 顺时针旋转， 转轴 110 和分料板 103 相应顺时针旋转， 从而完成分料板 103 的切换， 如图 3 中右图所示。物料通道被切换到第二出料口 109。 说 明 书 CN 104477629 A 6 4/5 页 7 0030 可替换的， 也可以在转轴 110 的端头设置连杆， 驱动气。

24、缸 106 与连杆铰接， 通过驱 动气缸 106 的伸缩运动， 驱动转轴 110 和分料板 103 旋转。但是在该结构中， 分料板 103 的 旋转为变速运动， 会影响料流对称重料斗的冲击， 从而影响称量精度。而采用驱动气缸 106 驱动柔性传动件 107 往复运动的方式， 则为匀速运动。 0031 进一步优选的， 驱动气缸106缸体内的两端均为有杆腔， 即驱动气缸106的活塞杆 在运行过程中均贯穿整个缸体， 由此结构， 确保分料板 103 向两侧切换时的速度均为相同， 从而提高称量精度。 0032 优选的方案如图 3 中， 分流装置 1 的上部为分料斗 101， 在分料斗 101 与第一出料。

25、 口 108 和第二出料口 109 连接部位的两侧设有导料板 102， 由此结构， 避免分料板 103 和分 料斗 101 之间的间隙造成物料泄漏， 从而称量不准确。本发明中分流装置 1 的优点在于切 换控制方便， 无漏料， 从而利于测量精确， 对零件尺寸精度要求低。 0033 如图 4 中， 试验搅龙 4 的进料口 44 一端与底板 8 铰接或被底板 8 上的限位块 37 限位， 试验搅龙 4 的中部设有可升降的倾角调节装置 3。 0034 优选的方案中， 所述的倾角调节装置 3 中， 座板 33 与底板 8 铰接， 座板 33 上安装 有可旋转不可轴向位移的蜗轮螺母34， 如图4中所示， 。

26、蜗轮螺母34被活动镶嵌在座板33壳 体内， 蜗轮螺母 34 的两端设置推力轴承， 以使蜗轮螺母 34 只能转动， 不能轴向位移。蜗杆 35与蜗轮螺母34的外壁啮合， 以通过蜗杆35驱动蜗轮螺母34旋转， 蜗轮螺母34的内壁与 螺杆 38 螺纹连接， 以通过蜗轮螺母 34 的旋转， 驱动螺杆 38 升降， 螺杆 38 与试验搅龙 4 的 中部铰接。由此结构， 可以方便地调节试验搅龙 4 的倾角， 可以在 35 度到 55 度之间无极调 节。 本例中， 将蜗轮和螺母组合成为一个零件， 简化了结构， 也便于实现倾角调节装置自锁。 图中采用了手柄 36 进行调节的方案， 采用电机或液压马达驱动蜗杆 3。

27、5 旋转进行调节也是 可行的。 0035 实施例 2 ： 在实施例 1 的基础上， 如图 5、 6 所示， 一种采用上述的试验装置进行输送试验的方法， 包括以下步骤 ： 一、 通过倾角调节装置3设定试验搅龙4的倾角， 将分流装置1切换到第一出料口108， 此时第一称重料斗 2 的闸门关闭， 如图 3 中的左图所示 ； 二、 储料斗 7 给试验搅龙 4 的进料口 44 供料， 优选的， 储料斗 7 的出料口位于试验搅龙 4的进料口44顶部以下， 以便于实现无需控制地连续供料， 试验搅龙4上的变频电机或液压 马达启动送料， 设定开始时间 t0， 物料从试验搅龙 4 的出料口 43 排出到分流装置 。

28、1， 经第一 出料口 108 排入到第一称重料斗 2 内， 此时第一称重料斗 2 的称重传感器 21 开始称重 ； 优 选在称重传感器 21 设定前， 将包含有整个第一称重料斗总成的重量设为归零， 从而， 便于 后期计算， 在使用一段时间后重新归零。 0036 三、 当采集到称重传感器21的数值达到设定值， 例如物料10装满整个第一称重料 斗 2 的 85% 时， 分流装置 1 开始切换分料板 103 到第二出料口 109， 由于此时仍有余料从分 料板 103 输入， 称重传感器 21 继续称重， 直至第一称重料斗 2 的称重传感器 21 称重得到最 大值， 并在重量不再增加时， 得到输送到第。

29、一称重料斗 2 的时间段， 此时分料板 103 已经旋 转过水平面。由于采用了静态精确称量， 通过去除最后换向阶段的分时计量可得到精确地 瞬时流量， 在该过程中通过变速可以精确测量变速后对输送流量的影响。如图 6 中所示， 由 说 明 书 CN 104477629 A 7 5/5 页 8 称重传感器 21 称重得到的重量最大值， 除以该时间段， 可得到精确的平均流量。然后开启 第一称重料斗 2 的自动闸门 22 排料至循环搅龙 6， 在第一称重料斗 2 的时间段获得的同时 开始记录输送到第二称重料斗 2 的时间 ； 四、 分流装置 1 的分料板 103 切换到位后， 如图 3 中的右图所示， 。

30、物料 10 经第二出料口 109排入到第二称重料斗2内， 称重传感器21开始称重， 当采集到称重传感器21的数值达 到设定值， 分流装置 1 再次切换到第一出料口 108 ； 五、 第二称重料斗2的的称重传感器21称重得到最大值， 并得到输送到第二称重料斗 2 的时间段， 然后开启闸门排料至循环搅龙 6 ； 如此循环， 精确测得试验搅龙 4 在一个时间段内输送的物料重量， 从而得到该时间段 内的瞬时流量和平均流量。 经过长时间的多次循环， 可以获得更为精确的平均流量， 或者获 得长时间运行对设备各项参数的影响。 0037 在步骤三和步骤五中， 循环搅龙 6 输送物料至储料斗 7， 储料斗 7 。

31、给试验搅龙 4 的 进料口 44 供料， 形成循环。 0038 优选的方案中， 试验搅龙 4 上设有变频电机， 设置的扭矩传感器 41 和角速度传感 器 42 与变频电机通过 PLC 或工控机形成闭环控制。例如通过角速度传感器 42 反馈变频电 机的输出转速， 以实现恒转速的闭环控制， 通过设定扭矩值， 实现恒扭矩的闭环控制。 0039 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。 说 明 书 CN 104477629 A 8 1/4 页 9 图 1 说 明 书 附 图 CN 104477629 A 9 2/4 页 10 图 2 说 明 书 附 图 CN 104477629 A 10 3/4 页 11 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 104477629 A 11 4/4 页 12 图 5 图 6 说 明 书 附 图 CN 104477629 A 12 。