输砂装置

162 编辑：中冶有色技术网来源：三一石油智能装备有限公司

2024-01-24 13:14:33

权利要求书： 1.一种输砂装置，其特征在于，包括：

支撑框架，沿所述支撑框架的横向并排设有多个储砂罐，每个所述储砂罐由所述支撑框架的纵向由上向下延伸；

输砂机构，设于所述支撑框架的顶部，用于向所述储砂罐输送砂料；

传送机构，设于所述支撑框架的至少一侧，所述传送机构的进料口靠近地面设置，所述传送机构的出料口朝向所述输砂机构设置；

机械臂，安装于所述支撑框架，适于将砂包起吊并转送至所述传送机构的进料口处。

2.根据权利要求1所述的输砂装置，其特征在于，所述机械臂的数量为至少一个，所述机械臂的一端安装于所述支撑框架或安装于单独设置的工作台，另一端安装有抓手和图像获取单元。

3.根据权利要求1所述的输砂装置，其特征在于，所述传送机构为皮带机，所述皮带机的进料口处设有刺破机构，所述皮带机外罩设有防护罩。

4.根据权利要求3所述的输砂装置，其特征在于，所述皮带机为多个，多个所述皮带机位于所述支撑框架的同一侧或不同侧。

5.根据权利要求1所述的输砂装置，其特征在于，所述输砂机构为螺旋输送机，所述螺旋输送机包括至少一个可双向转动的输出轴，所述输出轴沿其轴向分布有若干螺旋叶片，所述输出轴的端部连接有电机。

6.根据权利要求5所述的输砂装置，其特征在于，所述螺旋输送机还包括安装框架，所述输出轴水平穿设于所述安装框架，所述电机安装于所述安装框架外；所述安装框架的下部敞口且覆盖至少一个所述储砂罐，所述安装框架的上部设有密封盖，且所述密封盖上设有进砂口，所述传送机构的出料口与所述进砂口对接。

7.根据权利要求1?6任一项所述的输砂装置，其特征在于，每个所述储砂罐的顶部设有进料口，底部设有出料口，所述储砂罐的进料口和出料口处均设有闸板阀。

8.根据权利要求7所述的输砂装置，其特征在于，每个所述储砂罐中最大高度和最小高度处均设有传感器，用于检测所述储砂罐中的砂量；

还包括控制器，所述控制器与每个所述储砂罐的进料口和出料口处的闸板阀信号连接，用于控制所述闸板阀的开闭。

9.根据权利要求7所述的输砂装置，其特征在于，所述支撑框架包括上下叠置的多个子框架。

10.根据权利要求2所述的输砂装置，其特征在于，所述机械臂的抓手处设有重力传感器。

说明书：输砂装置技术领域[0001] 本实用新型涉及作业机械技术领域，尤其涉及一种输砂装置。背景技术[0002] 输砂装置属压裂施工中必不可少的设备。在压裂施工前，往往须将多种规格的压裂支撑剂填满输砂装置的砂罐中。为了保证压裂连续施工加砂，储存的支撑剂会不断地减少，此时则须不断地对砂罐进行填充补给。由于页岩气的特殊地层性质，压裂施工的用砂量非常大，传统的输砂装置以及加砂补给方式已越来越明显地表现出如下缺点，并亟待解决：[0003] (1)砂料砂包起吊方式为吊车起吊，效率低，存在安全隐患。且吊车占地面积大，往往受压裂平台场地面的限制；[0004] (2)传统起吊方式共需要吊车司机、安全员、砂包工等众多工作人员配合施工，劳动强度大；[0005] (3)在砂罐顶部有1～2名砂包工负责砂袋的卸装和指挥工作，存在高空作业的安全隐患；[0006] (4)在高空进行露天破袋作业，砂料飘散范围广，影响其他设备寿命并污染环境。实用新型内容

[0007] 本实用新型提供一种输砂装置，用以解决现有技术中现有产品功能不全，无法满足页岩气压裂施工中出现的上述缺陷，实现自动化、智能化输砂，大幅减少劳动强度，提高作业施工安全性，砂料飘散范围低，对周围其他设备和环境影响低。[0008] 本实用新型提供一种输砂装置，包括：[0009] 支撑框架，沿所述支撑框架的横向并排设有多个储砂罐，每个所述储砂罐由所述支撑框架的纵向由上向下延伸；[0010] 输砂机构，设于所述支撑框架的顶部，用于向所述储砂罐输送砂料；[0011] 传送机构，设于所述支撑框架的至少一侧，所述传送机构的进料口靠近地面设置，所述传送机构的出料口朝向所述输砂机构设置；[0012] 机械臂，适于将砂包起吊并转送至所述传送机构的进料口处。[0013] 根据本实用新型的一个实施例，所述机械臂的数量为至少一个，所述机械臂的一端安装于所述支撑框架或安装于单独设置的工作台，所述机械臂的另一端安装有抓手和图像获取单元。[0014] 根据本实用新型的一个实施例，所述传送机构为皮带机，所述皮带机的进料口处设有刺破机构，所述皮带机外罩设有防护罩。[0015] 根据本实用新型的一个实施例，所述皮带机为多个，多个所述皮带机位于所述支撑框架的同一侧或不同侧。[0016] 根据本实用新型的一个实施例，所述输砂机构为螺旋输送机，所述螺旋输送机包括至少一个可双向转动的输出轴，所述输出轴沿其轴向分布有若干螺旋叶片，所述输出轴的端部连接有电机。[0017] 根据本实用新型的一个实施例，所述螺旋输送机还包括安装框架，所述输出轴水平穿设于所述安装框架，所述电机安装于所述安装框架外；所述安装框架的下部敞口且覆盖至少一个所述储砂罐，所述安装框架的上部设有密封盖，且所述密封盖上设有进砂口，所述传送机构的出料口与所述进砂口对接。[0018] 根据本实用新型的一个实施例，每个所述储砂罐的顶部设有进料口，底部设有出料口，所述储砂罐的进料口和出料口处均设有闸板阀。[0019] 根据本实用新型的一个实施例，每个所述储砂罐中最大高度和最小高度处均设有传感器，用于检测所述储砂罐中的砂量；[0020] 还包括控制器，所述控制器与每个所述储砂罐的进料口和出料口处的闸板阀信号连接，用于控制所述闸板阀的开闭。[0021] 根据本实用新型的一个实施例，所述支撑框架包括上下叠置的多个子框架。[0022] 根据本实用新型的一个实施例，所述机械臂的抓手处设有重力传感器。[0023] 本实用新型提供的输砂装置，通过机械臂将砂包起吊并转送至传送机构的进料口处，便于传送机构自动输送砂料，传送机构将砂料由地面直接输送到输砂机构，输砂机构再将砂料输送到每个储砂罐中，全程实现自动化吊砂、输砂，设备的操作仅需1到2人即可完成，大幅减少劳动强度，降低了人工成本，提高了作业施工安全性；作业时取消吊车的使用，绿色环保、零排放、噪音低；砂包破袋几乎是在地面完成，砂料飘散范围低，对周围其他设备和环境影响低，砂料的输送效率大幅提升，可满足大砂量加砂作业。附图说明[0024] 为了更清楚地说明本实用新型或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。[0025] 图1是本实用新型提供的输砂装置的一个实施例的立体结构示意图；[0026] 图2是本实用新型提供的输砂装置的另一个实施例的立体结构示意图[0027] 图3是本实用新型提供的输砂装置中传送机构的结构示意图；[0028] 图4是本实用新型提供的输砂装置中输砂机构的一个实施例的结构示意图，其中，安装框架未安装密封盖；[0029] 附图标记：[0030] 1：支撑框架；2：机械臂；21：抓手；3：传送机构；31：防护罩；4：输砂机构；41：安装框架；42：输出轴；43：螺旋叶片；44：电机；5：砂包；6：储砂罐。具体实施方式[0031] 为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。[0032] 下面结合图1至图4描述本实用新型的实施例。[0033] 如图1所示，本实用新型提供一种输砂装置，主要包括支撑框架1、输砂机构4、传送机构3和机械臂2。[0034] 具体地，支撑框架1沿其横向并排设有多个储砂罐6，每个储砂罐6由支撑框架1的纵向由上向下延伸。可以理解的是，如果将支撑框架1看做为一个立方体，立方体的长度方向为支撑框架1的横向，立方体的高度方向为支撑框架1的纵向。本实施例中，支撑框架1的横向并排设置多个储砂罐6，可以设置四个甚至更多个储砂罐6，由此可以一次性提供足够的用砂量，解决以往压裂施工的用砂量大，传统的输砂装置难以一次性提供足够的砂量并要多次加砂的缺陷。支撑框架1直接搭设在压裂施工区域的上方，由此，储砂罐6可以直接将砂料倾泻在压裂施工现场。[0035] 此外，为了便于支撑框架1的运输以及安装，可以将支撑框架1设置为包括上下叠置的多个子框架，多个子框架由下至上层叠设置并固定连接即可，实现模块化设计。储砂罐6也和支撑框架1类似，包括多节罐体，多节罐体拼装为一个整体的储砂罐6。

[0036] 本实施例中，支撑框架1可以由不锈钢等型材组焊而成。[0037] 具体地，输砂机构4可以包括至少一个，设于支撑框架1的顶部，用于向每个储砂罐6输送砂料。输砂机构4水平设置在支撑框架1的顶部，具备将砂料水平输送的功能，沿着支撑框架1的横向将砂料分别输送至多个储砂罐6，当然，可以是一个输砂机构4对应多个储砂罐6，还可以是一个输砂机构4对应一个储砂罐6。输砂机构4的具体结构将在下文具体介绍。

[0038] 具体地，传送机构3包括至少一个，传送机构3设于支撑框架1的至少一侧，为了方便设置，传送机构3倾斜设于支撑框架1，传送机构3呈条形，由下向上逐渐靠近支撑框架1并搭设在支撑框架1的顶部，传送机构3的进料口靠近地面设置，方便砂料从地面向上输送，减少砂料扬尘，传送机构3的出料口朝向输砂机构4设置，输送的砂料直接倾倒在输砂机构4上，再通过输砂机构4将砂料分摊输送到对应储砂罐6中。[0039] 具体地，机械臂2包括至少一个，机械臂2可以安装于支撑框架1的至少一侧，即由支撑框架1对机械臂2起到安装和支撑作用，机械臂2体积小，占用空间小，可以避免以往采用起吊机占用空间大，设备成本高的问题，机械臂2适于将砂包5起吊并转送至传送机构3的进料口处，便于传送机构3自动输送砂料。当然，还可以设置独立的工作台，直接将机械臂2安装于工作台即可，通过工作台对机械臂2进行安装固定，便于机械臂2的移动。传送机构3将砂料由地面直接输送到输砂机构4，输砂机构4再将砂料输送到每个储砂罐6中，在压裂施工等作业需要用砂时，打开储砂罐6的闸阀即可。本实施例全程实现自动化吊砂、输砂，设备的操作仅需1到2人即可完成，大幅减少劳动强度，降低了人工成本，提高了作业施工安全性；作业时取消吊车的使用，绿色环保、零排放、噪音低。砂包5破袋几乎是在地面完成，砂料飘散范围低，对周围其他设备和环境影响低。砂料的输送效率大幅提升，可满足大砂量加砂作业。[0040] 在本实用新型的一个实施例中，如图2所示，以设置两个机械臂2为例，两个机械臂2可以设于支撑框架1的相对两侧，也可以设于支撑框架1的相邻两侧，机械臂2的另一端安装有抓手21和图像获取单元，图像获取单元可以是摄像机、照相机等设备。例如运输车将一车砂包5运输至机械臂2的下方，机械臂2具有多个关节，可完成一系列的旋转动作，通过图像获取单元感知砂包5的位置并通过抓手21抓取，机械臂2的抓手21处设有重力传感器，重力传感器能够感知抓手21是否抓住了砂包5，然后通过预先设定的程序控制机械臂2旋转至指定位置(例如传送机构3的进料口处)放下砂包5，由此机械臂2能够完成抓取、提升、下放的一系列动作。而且机械臂2安装于支撑框架1或工作台，不占用额外的地面空间或者占地空间非常小，而且智能化程度高。

[0041] 在本实用新型的一个具体实施例中，传送机构3为皮带机，皮带机包括可折叠设置的至少两段，相邻段之间可拆卸连接，便于拆下单独运输，以解决运输时尺寸超限的问题，皮带机的进料口处设有刺破机构，例如刺破针，砂包5放置于刺破针上，能够将砂包5刺破，砂料直接流到皮带机进料口的输送板上，如图3所示，皮带机外罩设有防护罩31，以解决露天施工防雨的问题，而且也可以避免砂料扬尘的问题。[0042] 在一个具体的实施例中，所述皮带机为多个，多个所述皮带机位于所述支撑框架的同一侧或不同侧。也就是说，可以是所有皮带机位于支撑框架的同一侧，也可以是部分所述皮带机位于所述支撑框架的同一侧，其余皮带机位于所述支撑框架的不同侧，还可以是所有皮带机均位于支撑框架的不同侧。例如，一共有四个皮带机，这四个皮带机可以位于支撑框架的四周，即支撑框架的四个侧边个设有一个皮带机，也可以是两个皮带机位于支撑框架的同一侧，另外两个皮带机分设于支撑框架的不同两侧。皮带机的具体设置方式可以根据需要设定，在此不做限定。[0043] 如图4所示，并结合图1，在一个具体的实施例中，输砂机构4为螺旋输送机，螺旋输送机包括至少一个可双向转动的输出轴42，输出轴42沿其轴向分布有若干螺旋叶片43，输出轴42的端部连接有电机44，通过电机44的正反转，带动输出轴42正反转，当砂料落在螺旋输送机上之后，在输出轴42转动时，螺旋叶片43推动砂料沿输出轴42方向移动并向下推动砂料进入储砂罐6中，由于储砂罐6并排设置，为了能够使得砂料进入每个储砂罐6，通过螺旋叶片43的推动能够较好地将砂料水平推动并竖直落下，进入储砂罐6中。一个螺旋输送机可以对应多个储砂罐6设置，也可以每个螺旋输送机对应一个储砂罐6设置。[0044] 可以理解的是，在输出轴42正向转动时，砂料进入部分储砂罐6，输出轴42反向转动时，砂料进入另一部分的储砂罐6。由此，通过输出轴42正向转动，能够将储砂罐6装满砂料，例如，一共有四个储砂罐6，输出轴42正向转动时，砂料进入两个储砂罐6，输出轴42反向转动时，砂料进入剩余的两个储砂罐6。由此可以控制砂料进入指定的储砂罐6。当然，还可以是设置两个螺旋输送机，每个螺旋输送机负责两个储砂罐6的储砂作业。[0045] 另一个具体实施例中，螺旋输送机包括并排设置的一对输出轴42，每个输出轴42的端部均连接有电机44，通过设置双排的输出轴42，能够提高输砂的效率，当然，还可以设置三个并排的输出轴42或更多个输出轴42，输出轴42的具体数量，可以根据需要设置，本实施例不做具体限定。[0046] 可选的，螺旋输送机还包括安装框架41，输出轴42水平穿设于安装框架41，电机44安装于安装框架41外，安装框架41所限定的区域为储砂区域，由此可以避免砂料流动性强而分散开的问题，通过将砂料集中在安装框架41内，安装框架41的下部敞口且覆盖至少一个所述储砂罐6，并通过输出轴42带动螺旋叶片43旋转，能够快速将砂料分摊到各个储砂罐6中。此外，设置安装框架41，便于电机44和输出轴42的安装。所述安装框架41的上部设有密封盖(图中未示出)，且所述密封盖上设有进砂口，所述传送机构的出料口与所述进砂口对接，用于将砂料直接从进砂口送入安装框架41中，通过密封盖的设置，可以避免砂料扬尘。

[0047] 在本实施例中，传送机构3设于支撑框架1的正面，在另一个实施例中，传送机构3还可以设于支撑框架1的侧面，此外，还可以在支撑框架1的正面和侧面均设置传送机构3。传送机构3的具体设置位置及设置数量，可以根据支撑框架1的设置位置以及砂量需求来选择，通常情况下，砂量需求越大，传送机构3的数量要求越多。

[0048] 根据本实用新型的一个实施例，每个储砂罐6的顶部设有进料口，底部设有出料口，储砂罐6的进料口和出料口处均设有闸板阀，设置闸板阀可实现自动化的开关控制和出砂流量的控制；井口压裂施工时，需要输砂装置能够连续不断地的提供砂料。此时，打开指定的储砂罐6上方以及下方的闸板阀。下方的出砂口不断的出砂给料，同时根据储砂罐6内的传感器判断砂料剩余量。[0049] 为了便于进砂，输砂机构4覆盖设于储砂罐6的进料口所在区域，具体地，安装框架41的开口与储砂罐6的进料区域对应，安装框架41内的砂料能够直接进入储砂罐6，进砂效率高。

[0050] 根据本实用新型的一个实施例，每个储砂罐6中最大高度和最小高度处均设有传感器，用于检测储砂罐6中的砂量，具体地，用于检测储砂罐6中砂量的最大值和最小值；[0051] 具体还包括控制器，控制器与每个储砂罐6的进料口和出料口处的闸板阀信号连接，用于控制闸板阀的开闭。例如，当传感器检测到储砂罐6中砂量达到最大值时，发送信号给控制器，控制器控制储砂罐6的进料口处的闸板阀关闭，此时停止向储砂罐6供应砂料，传送机构3和机械臂2也停止作业，当传感器检测到储砂罐6中砂量达到最小值时，发送信号给控制器，控制器控制储砂罐6的进料口处的闸板阀打开、储砂罐6的出料口处的闸板阀关闭，传送机构3和机械臂2开始作业。[0052] 本实施例的工作过程大致为：机械臂2的抓手21识别砂包5并抓起提升；通过机械臂2自身关节的旋转、位移，将砂包5移动至传送机构3的进料口处，并放下完成破袋动作，人工将废弃的砂袋取走；传送机构3将砂料输送至高处，且由于设置了防护罩31可在雨天环境中施工；打开事先指定的闸板阀，砂料通过输砂机构4被分配至指定的储砂罐6中；重复前述动作，直至储砂罐6填满，然后关闭该闸板阀，打开下一个指定的闸板阀，直至对应的储砂罐6再次填满砂料；待全部储砂罐6填满砂料后，此输砂装置的前期准备工作即为完成。井口压裂施工时，需要输砂装置能够连续不断地的提供砂料。此时，打开指定的储砂罐6上方以及下方的闸板阀。下方的出砂口不断的出砂给料，同时根据储砂罐6内的传感器判断砂料剩余量。在砂量不足时，即可重复前述的动作，不断地对储砂罐6进行填料。

[0053] 本实施例中，机械臂2前端的抓手21具有智能识别功能，通过对砂包5外形的识别，抓手21可准确抓取并提升砂包5。在该套动作中，软件算法中对砂包5外形已做定义，抓手21在移动中不断地调整坐标参数；通过重力传感器，感受到砂包5重力后，抓手21移动、机械臂2关节旋转，最终将砂包5移送至传送机构3的砂料进料口处。在该套动作中，软件算法中对砂料进料口的坐标已做定义，机械臂2的关节完成回位动作，则实现上述逻辑动作；在不断地将砂料输送至指定的储砂罐6中时，罐内传感器同时不断地读取砂料的高度参数，通过控制器的监控，在砂料填满到一定高度时，本地或远程控制箱发出报警以提示此储砂罐6已填满砂料，闸板阀自动关闭。

[0054] 需要说明的是，通过现有的软件算法能够实现上述功能，本实用新型并没有对软件算法进行改进。[0055] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：

其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。