输砂控制系统及控制方法与流程

1.本发明涉及石油机械技术领域，具体而言，涉及一种输砂控制系统及控制方法。


背景技术：

2.在石油开采过程中，通常利用压裂技术来提高油井产量，导致国内压裂作业对砂量的要求越来越大。
3.现有的储砂设备中，执行输砂机构的动力设备多为电动驱动或液压驱动，当利用电动驱动时，设备性能的稳定性不足，使用功耗加大，当采用液压油缸结合比例阀的控制方式，当设备一侧高温时，两侧油缸内的油温不一致，液压油的体积会因为温度的升上致使各个油缸的伸出长度不同，导致伸出的仓体无法在同一高度，机械结构也会因此变形卡滞，导致设备故障。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的在于提供一种输砂控制系统及控制方法，以解决现有技术中的输砂设备的控制系统不稳定的问题。
5.为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种输砂控制系统，包括闸板油缸、卸料翻转油缸和举升油缸，述输砂控制系统还包括：油液循环回路，油液循环回路的两端分别与油箱连通；第一多路阀，第一多路阀与闸板油缸连接；第二多路阀，第二多路阀与卸料翻转油缸连接；第三多路阀，第三多路阀与举升油缸连接；其中，第一多路阀、第二多路阀和第三多路阀均设置在油液循环回路上，第一多路阀与第三多路阀并联设置，第一多路阀与第二多路阀串联。
6.进一步地，第一多路阀和第三多路阀均为闭中心，第二多路阀为开中心。
7.进一步地，油液循环回路包括：出油主路，与油箱的出油口连通；第一支路，第一支路的进油端与出油主路连通，第一支路的出油端与油箱连通，第一多路阀和第二多路阀均设置在第一支路上；第二支路，与第一支路并联设置，第三多路阀设置在第二支路上，第二支路的两端分别与出油主路和油箱连通。
8.进一步地，输砂控制系统还包括：第一控制阀，设置在第一支路上，通过第一控制阀控制第一支路的通断。
9.进一步地，第一多路阀上设置有控制手柄，油液循环回路还包括：出油支路，出油支路的第一端与第一多路阀连通，出油支路的第二端与油箱连通，通过移动控制手柄，控制第一多路阀内的油液由第一支路流出或出油支路流出。
10.进一步地，油液循环回路还包括：回油主路，出油支路的出油端和第三多路阀的出油端均与回油主路的进油口连通，回油主路的出油口与油箱连通。
11.进一步地，回油主路还包括：并联设置的第一回油支路和第二回油支路；输砂控制系统还包括：单向阀，设置在第一回油支路上；温度检测部件，设置在第二回油支路上；散热器，设置在第二回油支路上。
12.进一步地，输砂控制系统还包括：出油过滤器和泵体，沿油液的流通方向，出油过滤器和泵体依次设置在出油主路上；回油过滤器，设置在回油主路上。
13.进一步地，输砂控制系统还包括：压力监测部件，设置在第三多路阀上并与第三多路阀连接，通过压力监测部件监测第三多路阀内的压力。
14.根据本发明的另一方面，提供了一种控制方法，适用于上述的输砂控制系统，控制方法包括：s10：控制第三多路阀打开，以控制举升油缸驱动储砂仓伸出；s20：控制第二多路阀打开，以控制卸料翻转油缸驱动储砂仓上的卸料斗移动至预定卸料位置；s30：根据预先设定的出砂量，第一多路阀打开，以控制闸板油缸驱动闸板打开至预定出砂位置。
15.应用本发明的技术方案，输砂控制系统包括闸板油缸、卸料翻转油缸和举升油缸，输砂控制系统还包括：油液循环回路，油液循环回路的两端分别与油箱连通；第一多路阀、第二多路阀和第三多路阀均设置在油液循环回路上，第一多路阀与闸板油缸连接；第二多路阀与卸料翻转油缸连接；第三多路阀与举升油缸连接；第一多路阀与第三多路阀并联设置，第一多路阀与第二多路阀串联。这样当举升油缸工作完成后，闸板油缸和卸料翻转油缸工作，在启动系统同时不操作任何执行元件时，油箱内的液压油会通过第一多路阀和第二多路阀直接回油箱，系统压力仅为油液循环回路内的损失压力，系统无负载，减小输砂控制系统中的功率损耗。
附图说明
16.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
17.图1示出了现有技术中输砂控制系统的结构示意图；
18.图2示出了根据本发明的输砂控制系统的实施例的结构示意图；以及
19.图3示出了根据本发明的控制方法的控制流程图。
20.其中，上述附图包括以下附图标记：
21.100、闸板油缸；200、卸料翻转油缸；300、举升油缸；4、油液循环回路；5、油箱；1、第一多路阀；2、第二多路阀；3、第三多路阀；40、出油主路；401、第二控制阀；41、第一支路；42、第二支路；6、第一控制阀；43、出油支路；44、回油主路；45、第一回油支路；46、第二回油支路；450、单向阀；460、温度检测部件；461、散热器；7、出油过滤器；8、泵体；9、回油过滤器；30、压力监测部件。
具体实施方式
22.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
23.请参考图2，本发明提供了一种输砂控制系统，包括闸板油缸100、卸料翻转油缸200和举升油缸300，输砂控制系统还包括：油液循环回路4，油液循环回路4的两端分别与油箱5连通；第一多路阀1，第一多路阀1与闸板油缸100连接；第二多路阀2，第二多路阀2与卸料翻转油缸200连接；第三多路阀3，第三多路阀3与举升油缸300连接；其中，第一多路阀1、第二多路阀2和第三多路阀3均设置在油液循环回路4上，第一多路阀1与第三多路阀3并联设置，第一多路阀1与第二多路阀2串联。
24.本发明提供了一种输砂控制系统，包括闸板油缸100、卸料翻转油缸200和举升油缸300，输砂控制系统还包括：油液循环回路4，油液循环回路4的两端分别与油箱5连通；第一多路阀1、第二多路阀2和第三多路阀3均设置在油液循环回路4上，第一多路阀1与闸板油缸100连接；第二多路阀2与卸料翻转油缸200连接；第三多路阀3与举升油缸300连接；第一多路阀1与第三多路阀3并联设置，第一多路阀1与第二多路阀2串联。这样当举升油缸300工作完成后，闸板油缸100和卸料翻转油缸200工作，在启动系统同时不操作任何执行元件时，油箱5内的液压油会通过第一多路阀1和第二多路阀2直接回油箱，系统压力仅为油液循环回路4内的损失压力，系统无负载，减小输砂控制系统中的功率损耗。
25.具体地，第一多路阀1和第三多路阀3均为闭中心，第二多路阀2为开中心。在这里需要说明的是，闭中心是指当控制手柄在中位时，液压油无法直接回油箱，仅在控制手柄在左位或者右位控制执行元件动作时，液压油才会从回油口回油箱，避免了任意一个开中心的多路阀在执行元件不动作时让液压油直接跑回油箱，无法建立油压使负载动作的情况发生；开中心是指多路阀处于中位不工作时，液压油能够通过各阀杆直接回油箱，各阀杆都与进油口和出油口相同；因此，将第一多路阀1设置为闭中心，第二多路阀2设置为开中心，在系统无执行元件动作时，液压油能够直接回油箱而不发生溢流散热的作用。
26.在具体实施时，油液循环回路4包括：出油主路40，与油箱5的出油口连通；第一支路41，第一支路41的进油端与出油主路40连通，第一支路41的出油端与油箱5连通，第一多路阀1和第二多路阀2均设置在第一支路41上；第二支路42，与第一支路41并联设置，第三多路阀3设置在第二支路42上，第二支路42的两端分别与出油主路40和油箱5连通。
27.其中，输砂控制系统还包括：第一控制阀6，设置在第一支路41上，通过第一控制阀6控制第一支路41的通断。优选地，第一控制阀6为两位两通电磁阀，当电磁阀上电时，液压油无法进入第一多路阀1内回油箱，只能通过第二支路42上的第三多路阀3回油箱，或者达到溢流阀压力后溢流回油箱。
28.在本技术中，第一多路阀1上设置有控制手柄，油液循环回路4还包括：出油支路43，出油支路43的第一端与第一多路阀1连通，出油支路43的第二端与油箱5连通，通过移动控制手柄，控制第一多路阀1内的油液由第一支路41流出或出油支路43流出。其中，第二多路阀2和第三多路阀3上分别具有第一控制部件和第二控制部件，第一多路阀1为闭中心的过桥多路阀，高压油可以通过第一多路阀1到达第二多路阀2来驱动液压元件，当控制手柄在中位的时候，液压油只能通过第一支路41，当控制手柄在左位或者右位的时候，液压油只能通过出油支路43回到油箱；第二多路阀2为开中心多路阀，无论第二控制部件在中位或者左位或者右位的时候，液压油可以通过第一支路41回油箱。
29.进一步地，油液循环回路4还包括：回油主路44，出油支路43的出油端和第三多路阀3的出油端均与回油主路44的进油口连通，回油主路44的出油口与油箱5连通。通过回油主路44将出油支路43内和第二支路42内的液压油进行汇集以回到油箱内。
30.在具体实施的过程中，回油主路44还包括：并联设置的第一回油支路45和第二回油支路46；输砂控制系统还包括：单向阀450，设置在第一回油支路45上；温度检测部件460，设置在第二回油支路46上；散热器461，设置在第二回油支路46上。优选地，温度检测部件460为温度传感器，散热器461为电机驱动，当油温较低时，通过电控模块编程控制散热器461的驱动电机不动作，液压油无需散热直接回油箱。单向阀450起到保护散热器461的作
用，当冬季温度较低，液压油粘度较大使得管路中压差较大时，单向阀开启，液压油通过单向阀回油箱，避免压差过大导致液压油散损坏的情况发生。
31.其中，输砂控制系统还包括：出油过滤器7和泵体8，沿油液的流通方向，出油过滤器7和泵体8依次设置在出油主路40上；回油过滤器9，设置在回油主路44上。通过出油过滤器7和回油过滤器9分别对出油主路40和回油主路44内的油液进行过滤。
32.输砂控制系统还包括：压力监测部件30，设置在第三多路阀3上并与第三多路阀3连接，通过压力监测部件30监测第三多路阀3内的压力。优选地，压力监测部件30为压力表。
33.在本技术中，出油主路40上还设置有第二控制阀401，第二控制阀401优选为蝶阀。
34.在具体实施的过程中，第一控制阀6在常开状态，液压油可以一直通过，在关闭状态，液压油流向第二支路42。
35.闸板油缸100上设置有位移传感器和双向液压锁，位移传感器用于实时检测闸板开度并进行下砂量的控制，双向液压锁可以保障油缸位置不随外力变化。举升油缸300为一级或者二级油缸，油缸缸杆带一级或者二级位移传感器和平衡阀，位移传感器能检测各个油缸缸杆的伸出长度，配合多路阀上的电磁阀进行逻辑控制，保障所有油缸即使在温度差异较大的情况下依然能够同步升起或下降，且二级油缸可以伸出两级缸杆，推出两层仓体，是无举升油缸时储砂量的三倍，大大增加储砂量，其油缸上带的平衡阀能够避免因油缸自重下降而失速的情况发生。
36.卸料翻转油缸200上设置有双向平衡阀，避免因为卸料料斗上升或者下降时油缸受力不断变化而造成的油缸失速不稳定的情况发生。
37.如图3所示，本发明还提供了一种控制方法，适用于上述实施例的输砂控制系统，控制方法包括：s10：控制第三多路阀3打开，以控制举升油缸300驱动储砂仓伸出；s20：控制第二多路阀2打开，以控制卸料翻转油缸驱动储砂仓上的卸料斗移动至预定卸料位置；s30：根据预先设定的出砂量，第一多路阀1打开，以控制闸板油缸100驱动闸板打开至预定出砂位置。
38.在具体实施时，出油主路40上设置有液压泵，启动液压泵的驱动电机。先不操作任何执行元件(即闸板油缸100、卸料翻转油缸200和举升油缸300)，液压油通过液压泵作用会通过两位两通电磁阀(上述实施例的第一控制阀6)、第一多路阀1和第二多路阀2直接回油箱，系统压力仅为管路中的损失压力，系统无负载，电机可以顺利启动。
39.伸出内部两层的仓体。通过电控模块编程，使第三多路阀3上的电比例阀与两位两通电磁阀联动，即一旦控制第三多路阀3，两位两通电磁阀就在上电状态，使得正向液压油无法通过，即液压油无法进入第一多路阀1和第二多路阀2直接回油箱，而是只能通过举升油缸300回油油路回油箱，或者达到溢流阀压力后溢流回油箱。且各个电比例阀的控制信号大小与二级油缸的位移传感器信号通过电控模块的逻辑控制相关联，保障所有油缸伸出和缩回的长度始终保持一致，且不受环境温度的影响。
40.储砂仓加砂完毕后，调整卸料翻转油缸200。通过手动控制第二多路阀2来调整卸料翻转油缸200的升降直至合适的高度。此时第三多路阀3不动作，两位两通电磁阀不与第三多路阀关联，因此两位两通电磁阀不上电，处于常通状态，液压油通过两位两通电磁阀、第一多路阀1和第二多路阀2后，到达卸料翻转油缸200。此时，系统的最高压力由第二多路阀2来限定，仅当系统超压后，液压油才会通过第二多路阀2上的溢流阀溢流回油箱。
41.电机驱动输砂机构旋转，转动的输砂机构可以将储砂罐经闸板阀落下的砂输送到卸料翻转口。
42.打开各储砂仓的闸板，通过闸板油缸100的行程控制下砂量。通过第一多路阀1上的电磁阀远程控制闸板油缸100的进油量，根据闸板油缸上的位移传感器反馈的位移信号与需求的下砂量通过电控模块进行运算对比，来调整电磁阀的通断时间，即油缸行程的调节，闸板油缸前的节流阀通过限制进油流量来调整油缸的运行速度。当第一多路阀1上的电磁阀出现故障时，可以通过推动手柄进行手动控制。此时，因两位两通电磁阀只与第三多路阀3上的电比例阀是联动的，所以在操作第一多路阀1时，两位两通电磁阀不上电，液压油能够通过第一多路阀1到达闸板油缸100。
43.作业完成后，先关闭闸板油缸，关闭驱动输砂机构旋转的电机后，再调整卸料翻转油缸至油缸缸杆完全收回，使得设备整体结构占用空间较小便于设备运输，最后将升降油缸收回后，关闭驱动油泵的电机。
44.应用本技术中的输砂控制系统以及控制方法，具有以下优点：
45.1、采用第三多路阀3上集成电比例阀并配合油缸上的位移传感器反馈的数据信号进行编程控制举升油缸的方法，避免了因为外界温度变化对油缸内液压油体积的影响，使得设备即使在同时使用更多组液压油缸，且油缸缸杆伸出行程更大的情况下也能保持同步升起和落下。
46.2、采用二级油缸集成缸杆伸出长度检测的位移传感器的方法，使得设备能够伸出两层内部仓体，让储砂设备在尺寸便于运输的情况下，大大增加了设备的储砂量，能够更好的满足压裂工艺大砂量的需求，且占用作业现场的场地面积较小。也可以采用在第一层储砂仓上，再通过机械连接的方式在第一层储砂仓上部再装配上一层可以伸出内部仓体的二层储砂仓来增加储砂量。
47.3、采用第三多路阀3上集成溢流阀的方法，来限制系统最高压力，保护整个液压系统不因超压而出现元件损坏的情况。因第三多路阀3上集成了溢流阀，管路上就无需再安装溢流阀，节省了安装空间。
48.4、采用第三多路阀3上的电比例阀与两位两通电磁阀的联动控制，使得在举升油缸300动作时，液压油不会通过两位两通电磁阀跑回油箱；也使得在举升油缸300不动作时，液压油可以到第一多路阀1和第二多路阀2中去控制闸板油缸100和卸料翻转油缸200，且能够在闸板油缸100和卸料翻转油缸200动作时，限制系统的最高压力，保护液压系统。当执行机构都不动作时，液压油可以直接通过两位两通电磁阀、第一多路阀1和第二多路阀2直接回油箱，液压系统压力仅为管路的沿程损失压力，功率损失较小。
49.5、采用散热器461上加温度检测部件460的方法，使得散热器461仅在系统温度较高的情况下才启用散热器，降低系统功耗。
50.6、采用散热器461与单向阀450配合的方法，当回油压力较高时，单向阀450开启，使超压的液压油通过单向阀450回油箱，避免因为低温环境造成液压油粘度大压差大而造成超出散热器461承压范围损坏的情况。
51.7、第一多路阀1、第二多路阀2和第三多路阀3上集成了电控模块，能够实现远程控制和根据系统反馈的数据信号进行逻辑控制，避免因作业环境恶劣而造成对人员的伤害。
52.8、整个液压系统的控制仅采用两位两通电磁阀和多路阀进行控制，无需使用调控
油路走向的液压阀块，大大简化了控制方式和控制元件的成本。使用液压阀块来分配系统液压油的设计方案是较为容易想到的，见图一，是一种费功率的设计方案，与本技术设计的区别为使用液压阀块来分配液压油量，这就要求使用的第一多路阀1、第二多路阀2和第三多路阀3均为闭中心的多路阀，即在控制手柄在中位时液压油无法直接回油箱，仅在控制手柄在左位或者右位控制执行元件动作时，液压油才会从t口(回油口)回油箱，避免了任意一个开中心的多路阀在执行元件不动作时让液压油直接跑回油箱，无法建立油压使负载动作的情况发生；但是这种设计方案需要液压阀块上集成溢流阀，用来设定系统压力，避免系统超压，且系统压力始终处于调定压力值，整个系统在高压力下会不断产生热量，浪费系统功率，现有技术中中所用的设计方案，液压阀块体积较大，占用定位空间大，且成本更高。
53.9、举升油缸300无杆腔使用平衡阀，可以避免在收回缸杆时因为仓体自重使油缸缸杆失速下降。
54.10、卸料翻转油缸200使用双向平衡阀，可以有效避免卸料翻转油缸200因负载不断变化导致的动作稳定性差的情况。
55.11、闸板油缸100使用双向液压锁，因闸板油缸100所受负载力稳定，仅使用液压锁就可以保障闸板油缸100在不动作时，即使有外力作用也可以保持住油缸缸杆的位置不变。
56.需要注意的是：
57.1、过桥闭中心的第一多路阀1和开中心第二多路阀2可以用一个开中心的多路阀替代，都能起到系统在无执行元件动作时，液压油能够直接回油箱而不发生溢流散热的作用；
58.2、第三多路阀3不限制为电比例多路阀，还可以是开关量控制的多路阀。
59.3、举升油缸300、闸板油缸100和卸料翻转油缸200的数量不限，举升油缸300的数量可以根据储砂仓体的长度尺寸进行调整，闸板油缸100的数量可以根据储砂仓储砂口的需求数量进行调整，卸料翻转油缸200根据出料口的调整需求进行数量调整。
60.4、第一控制阀可以为两位两通电磁阀也可以是两位三通电磁阀，只要作用为可以使液压油只能单向流通的电磁阀均可替代该两位两通电磁阀。
61.5、输砂机构可以使用电机驱动，也可以使用液压马达驱动，如果使用液压马达驱动，可以将液压马达的控制改为用多路阀控制。
62.6、散热器461的散热风扇可以使用电机驱动，也可以使用液压马达驱动，如果使用液压马达驱动，可以将液压马达的控制改为用多路阀控制，且如果使用带电控模块的多路阀时，可以逻辑控制传感器高温时液压油散风扇转动，温度低时液压油散风扇不动作，以减少系统功率的损耗。
63.7、当储砂量需求较小时，也可以使用带位移传感器的一级油缸。
64.从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
65.本发明提供了一种输砂控制系统，包括闸板油缸100、卸料翻转油缸200和举升油缸300，输砂控制系统还包括：油液循环回路4，油液循环回路4的两端分别与油箱5连通；第一多路阀1、第二多路阀2和第三多路阀3均设置在油液循环回路4上，第一多路阀1与闸板油缸100连接；第二多路阀2与卸料翻转油缸200连接；第三多路阀3与举升油缸300连接；第一多路阀1与第三多路阀3并联设置，第一多路阀1与第二多路阀2串联。这样当举升油缸300工作完成后，闸板油缸100和卸料翻转油缸200工作，在启动系统同时不操作任何执行元件时，
油箱5内的液压油会通过第一多路阀1和第二多路阀2直接回油箱，系统压力仅为油液循环回路4内的损失压力，系统无负载，减小输砂控制系统中的功率损耗。
66.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。