基于液压促动器结构的智能柔性软体罐

技术领域

本发明属于软体罐应用技术领域，具体涉及一种基于液压促动器结构的智能柔性软体罐。

背景技术

随着页岩油等非常规油气藏的勘探开发，大规模体积压裂技术得到广泛应用。大规模体积压裂施工现场通常都需要搭建软体罐用以储存压裂用水，压裂储存用水成为压裂施工的首要考虑因素。目前大型软体罐是由众多可折叠式支架拼接而成，加之搭建地面地势不平等因素共同影响，造成压裂后软体罐内结余部分体积用水不能充分有效利用，只能等大流量输水管线继续上足压裂用水才可进行下次施工，造成每天施工只能压裂两段，影响整个页岩油压裂平台的施工进度。解决方法或是搭建更大规模的软体罐或是采用圆柱形储水罐，成本显著增加。现有技术中公开的软体罐，仅仅解决了软体罐的收放问题，但是均没有解决如何充分有效利用软体罐内结余部分体积用水的问题。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决如何充分利用软体罐内结余用水的问题，本发明提供了一种基于液压促动器结构的智能柔性软体罐，包括总控制器以及多个可折叠支架，多个所述可折叠支架均与所述总控制器信号连接；

多个所述可折叠支架串联形成闭环结构；所述闭环结构的底部设置有供水管汇出口；所述闭环结构的侧壁设置有液面高度检测装置，所述液面高度检测装置与所述总控制器信号连接；所述液面高度检测装置为多个，多个所述液面高度检测装置沿着液面的高度方向等间距设置；

所述可折叠支架包括底部支座、调整支架和液压促动器，所述调整支架与所述底部支座铰接设置；所述液压促动器设置于所述底部支座与所述调整支架之间，且所述液压促动器与所述底部支座、所述调整支架铰接；所述调整支架上设置有角度检测装置，所述角度检测装置与所述总控制器信号连接；

在工作过程中，多个所述可折叠支架中的多个所述液压促动器在所述总控制器的控制下伸长以使罐口整体向内收拢，或者，多个所述可折叠支架中的多个所述液压促动器在所述总控制器的控制下收缩以使罐口整体向外恢复。

在一些优选实施例中，该智能柔性软体罐还包括工业交换机和多个节点控制器，所述工业交换机与所述总控制器信号连接，多个所述节点控制器均与所述工业交换机通信连接；

所述工业交换机基于接收的所述总控制器发出的目标指令，传输到多个所述节点控制器，通过存储在每个所述节点控制器上的控制对应液压促动器运动的控制算法和控制程序处理运算产生使对应的液压促动器运动的目标指令；所述总控制器基于接收到的设置于多个所述可折叠支架中的多个所述角度检测装置检测的支架角度信息判断是否对应的支架到达预设位置，以下发对应的所述液压促动器是否调整的指令；当多个所述角度检测装置检测的角度信息与预设角度信息一致时，所述总控制器根据接收到的所述液面高度检测装置检测的实时液位值判断到达预设液位值，若实时液位值低于预设液位值，则输出不可进行下一段压裂施工指令并报警；若实时液位值不低于预设液位值，则输出可进行下一段压裂施工指令。

在一些优选实施例中，所述底部支座包括底部支架、第一支撑支架和第二支撑支架，所述第一支撑支架、所述第二支撑支架分别固设于所述底部支架的两侧，所述第一支撑支架与所述底部支架的一边构成第一三角形结构，所述第二支撑支架与所述底部支架的另一边构成第二三角形结构；

所述调整支架包括第一连接支架和第二连接支架，所述第一连接支架包括第一连接杆和第二连接杆，所述第一连接杆与所述第二连接杆构成第一L形结构；

所述第二连接支架包括第三连接杆和第四连接杆，所述第三连接杆与所述第四连接杆构成第二L形结构；

所述第一连接杆的自由端与所述第一支撑支架铰接，所述第三连接杆的自由端与所述第二支撑支架铰接；所述第四连接杆的自由端与所述第二连接杆的自由端固定连接，所述四连接杆与所述第二连接杆等长设置，并且，所述四连接杆与所述第二连接杆构成第一直杆；

所述液压促动器的一端与所述第一直杆的中点铰接，另一端与所述底部支架铰接。

在一些优选实施例中，相邻两个所述可折叠支架共用所述第三连接杆、第二支撑支架，或者，相邻两个所述可折叠支架共用所述第三连接杆、第一支撑支架。

在一些优选实施例中，多个所述可折叠支架构成矩形四边结构。

在一些优选实施例中，所述液压促动器包括步进电机、齿轮泵、溢流阀、第一电磁换向阀、第二电磁换向阀、液控单向阀、单向阀、温度传感器、液压缸、位移传感器、压力传感器、测压接头、油箱和节流阀，所述温度传感器、所述位移传感器、所述步进电机均与所述节点控制器信号连接；所述温度传感器用于检测所述油箱内的温度信息，所述位移传感器用于检测所述液压缸中设置的活塞杆的位移信息；所述溢流阀、所述单向阀依次设置于所述齿轮泵的一侧与所述油箱之间；所述液控单向阀、所述压力传感器依次设置于所述齿轮泵的另一侧；

当多个所述可折叠支架中对应所述液压促动器在所述总控制器的控制下伸长以使罐口整体向内收拢时，多个所述节点控制器通过控制运算同时发出电磁阀控制信号，所述第一电磁换向阀、所述第二电磁换向阀均处于失电工况，所述第一电磁换向阀呈关闭状态，所述第二电磁换向阀呈连通状态；各个所述节点控制器通过控制运算同时发出电机驱动器控制信号，通过所述步进电机驱动所述齿轮泵转动，以吸入低压力的液压油，输出的高压油流经所述溢流阀、所述单向阀进入所述油箱；所述溢流阀为系统提供预设压力值的背压，在背压作用下所述液控单向阀打开，反向形成通路，所述液压缸的有杆腔的液压油经过所述液控单向阀进入所述齿轮泵的吸油口以为所述油箱提供压力，推动所述液压缸内的活塞杆向上运动。

在一些优选实施例中，所述工业交换机与所述总控制器采用以太网通讯方式，多个所述节点控制器均与所述工业交换机采用现场总线通讯方式。

在一些优选实施例中，该智能柔性软体罐还包括触摸操作屏，所述触摸操作屏与所述总控制器信号连接，以实时显示所述总控制器接收的信息以及输出指令。

在一些优选实施例中，所述角度检测装置为角度传感器。

在一些优选实施例中，所述液面高度检测装置为液位传感器。

本发明的有益效果为：

通过本发明提供的一种基于液压促动器结构的智能柔性软体罐，通过由众多同种样式可折叠式支架中液压促动器内部活塞杆同步运动到各自合适位置时，使拼接而成的柔性软体罐罐口整体向内收拢，从而使柔性软体罐内结余压裂用水汇集到供水管汇出口处，供水管汇出口液面升高，观察后结果可使柔性软体罐内结余压裂用水可继续压裂下一段，最终可使柔性软体罐内结余压裂用水得到充分有效利用，满足一天压裂多段的施工要求，顺利达到页岩油压裂平台提速增效的施工效果。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明的一种实施例的俯视示意图；

图2是本发明中的一边罐体的结构示意图；

图3是本发明中的单个可折叠支架的结构示意图；

图4是本发明中的控制系统原理图；

图5是本发明中的单个液压促动器的液压系统工作原理图。

附图标记说明：

1、步进电机；2、齿轮泵；3.1、溢流阀；4.1、第一电磁换向阀，4.2、第二电磁换向阀；5、液控单向阀；6.4、单向阀；7、温度传感器；8、液压缸；9、位移传感器；10、压力传感器；11、测压接头；12、油箱；13、节流阀；14、可折叠支架，141、底部支座，1411、底座支架，1412、第一支撑支架，1413、第二支撑支架，142、调整支架，1421、第一连接支架，1422、第二连接支架；15、第一铰链；16、第二铰链；17、液压促动器。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。

本发明提供了一种基于液压促动器结构的智能柔性软体罐，包括总控制器以及多个可折叠支架，多个可折叠支架均与总控制器信号连接；多个可折叠支架串联形成闭环结构，闭环结构的内部空间内铺设有防渗层，包括柔性软体罐的底部和侧壁区域；闭环结构的底部设置有供水管汇出口；闭环结构的侧壁设置有液面高度检测装置，液面高度检测装置与总控制器信号连接；液面高度检测装置为多个，多个液面高度检测装置沿着液面的高度方向等间距设置；可折叠支架包括底部支座、调整支架和液压促动器，调整支架与底部支座铰接设置；液压促动器设置于底部支座与调整支架之间，且液压促动器与底部支座、调整支架铰接；调整支架上设置有角度检测装置，角度检测装置与总控制器信号连接；在工作过程中，多个可折叠支架中的多个液压促动器在总控制器的控制下伸长以使罐口整体向内收拢，或者，多个可折叠支架中的多个液压促动器在总控制器的控制下收缩以使罐口整体向外恢复。本发明公开的一种基于液压促动器结构的智能柔性软体罐，操作简单，智能精准，可使柔性软体罐内结余压裂用水得到充分有效利用，满足一天压裂多段的施工要求，顺利达到页岩油压裂平台提速增效的施工效果。

以下参照附图结合实施例进一步说明本发明。

参照附图1至附图5，本发明提供了一种基于液压促动器结构的智能柔性软体罐，包括总控制器以及多个可折叠支架14，多个可折叠支架均与总控制器信号连接；多个可折叠支架串联形成闭环结构；闭环结构的底部设置有供水管汇出口；闭环结构的侧壁设置有液面高度检测装置，液面高度检测装置与总控制器信号连接；液面高度检测装置为多个，多个液面高度检测装置沿着液面的高度方向等间距设置，通过不同高度设置的多个液面高度检测装置，可以精准获取液面高度信息。

可折叠支架包括底部支座141、调整支架142和液压促动器17，调整支架与底部支座铰接设置；液压促动器设置于底部支座与调整支架之间，且液压促动器与底部支座、调整支架铰接；调整支架上设置有角度检测装置，角度检测装置与总控制器信号连接；

在工作过程中，多个可折叠支架中的多个液压促动器在总控制器的控制下伸长以使罐口整体向内收拢，通过设置液面高度检测装置的实时检测，可获知软体罐内剩余水量，可高效精准地获取结余压裂用水是否可以继续压裂下一段，若获取的实时液位值低于预设液位值，则获得不能满足下一段压裂用水，只能等待大流量输水管线上水；或者，多个可折叠支架中的多个液压促动器在总控制器的控制下收缩以使罐口整体向外恢复。

通过本发明提供的基于液压促动器结构的智能柔性软体罐，可在施工过程中快速获知罐内结余压裂用水量，进而快速获知是否满足一天压裂多段的施工要求，以使罐内结余压裂用水得到充分有效利用，顺利达到页岩油压裂平台提速增效的施工效果。

在本实施例中，在柔性软体罐的内部空间内铺设有防渗层，包括柔性软体罐的底部和侧壁区域，铺设有一层或多层防渗层，并固定连接在柔性软体罐各可折叠式支架上。防渗层通常可以采用已知的防水材料，如聚乙烯、PPC等，以及其它复合材料，通常具有一定结构强度，且兼具防渗、防污等特性的材料。

优选地，角度检测装置为角度传感器。

优选地，液面高度检测装置为液位传感器。

该智能柔性软体罐还包括工业交换机和多个节点控制器，工业交换机与总控制器信号连接，多个节点控制器均与工业交换机通信连接；工业交换机基于接收的总控制器发出的目标指令，传输到多个节点控制器，通过存储在每个节点控制器上的控制对应液压促动器运动的控制算法和控制程序处理运算产生使对应的液压促动器运动的目标指令；总控制器基于接收到的设置于多个可折叠支架中的多个角度检测装置检测的支架角度信息判断是否对应的支架到达预设位置，以下发对应的液压促动器是否调整的指令；当多个角度检测装置检测的角度信息与预设角度信息一致时，总控制器根据接收到的液面高度检测装置检测的实时液位值判断到达预设液位值，若实时液位值低于预设液位值，则输出不可进行下一段压裂施工指令并报警，等待大流量输水管线上水；若实时液位值不低于预设液位值，则输出可进行下一段压裂施工指令。

优选地，工业交换机与总控制器采用以太网通讯方式，多个节点控制器均与工业交换机采用现场总线通讯方式。

该智能柔性软体罐还包括触摸操作屏，触摸操作屏与总控制器信号连接，以实时显示总控制器接收的信息以及输出指令。

进一步地，底部支座包括底部支架1411、第一支撑支架1412和第二支撑支架1413，第一支撑支架、第二支撑支架分别固设于底部支架的两侧，第一支撑支架与底部支架的一边构成第一三角形结构，第二支撑支架与底部支架的另一边构成第二三角形结构。

调整支架包括第一连接支架1421和第二连接支架1422，所述第一连接支架包括第一连接杆和第二连接杆，所述第一连接杆与所述第二连接杆构成第一L形结构；第二连接支架包括第三连接杆和第四连接杆，第三连接杆与第四连接杆构成第二L形结构。

第一连接杆的自由端与第一支撑支架通过第一铰链15铰接，第三连接杆的自由端与第二支撑支架通过第二铰链16铰接；第四连接杆的自由端与第二连接杆的自由端固定连接，四连接杆与第二连接杆等长设置，并且，四连接杆与第二连接杆构成第一直杆。

优选地，液压促动器的一端与第一直杆的中点铰接，另一端与底部支架铰接。

进一步地，相邻两个可折叠支架共用第三连接杆、第二支撑支架，或者，相邻两个可折叠支架共用第三连接杆、第一支撑支架。

优选地，多个可折叠支架构成矩形四边结构。

进一步地，调整支架的可旋转角度可根据实际需求灵活设置，通过调整第一铰链、第二铰链的设置位置，可以实现支架的旋转角度调整。优选地，第一铰链、第二铰链设置在杆上中间位置或者偏低部靠下位置。

液压促动器包括步进电机1、齿轮泵2、溢流阀3.1、第一电磁换向阀4.1、第二电磁换向阀4.2、液控单向阀5、单向阀6.4、温度传感器7、液压缸8、位移传感器9、压力传感器10、测压接头11、油箱12和节流阀13，温度传感器、位移传感器、步进电机均与节点控制器信号连接；温度传感器用于检测油箱内的温度信息，位移传感器用于检测液压缸中设置的活塞杆的位移信息；溢流阀、单向阀依次设置于齿轮泵的一侧与油箱之间；液控单向阀、压力传感器依次设置于齿轮泵的另一侧；

当多个可折叠支架中对应液压促动器在总控制器的控制下伸长以使罐口整体向内收拢时，即当页岩油压裂平台每天压裂施工两段后，观察智能柔性软体罐内结余用水，由总控制器上触摸操作屏给出收拢目标指令，通过总控制器控制运算将收拢目标指令信号通过以太网通信传输到工业交换机上，并由工业交换机将收拢目标指令信号通过现场总线通信传输到各个节点控制器上，多个节点控制器通过控制运算同时发出电磁阀控制信号，两位两通的第一电磁换向阀4.1、第二电磁换向阀4.2均处于失电工况，第一电磁换向阀呈关闭状态，第二电磁换向阀呈连通状态；与此同时，各个节点控制器通过控制运算同时发出电机驱动器控制信号驱动步进电机转动，此时步进电机得电实现反转，驱动系统中齿轮泵转动，吸入低压力的液压油，输出的高压油流经溢流阀、单向阀进入油箱，在本实施例中，对溢流阀设定5MPa的开启压力，在高压油的作用下溢流阀被迫开启，开启后液压油流经单向阀后进入油箱。

此时溢流阀起到提供系统背压的作用，溢流阀能够为系统提供大小为5MPa的背压，在背压的作用下液控单向阀打开，反向可以形成通路，此时液压缸有杆腔的液压油经过液控单向阀进入齿轮泵的吸油口；液压泵吸油口的油一部分来自液压缸有杆腔，一部分来自油箱。由于液压缸杆向上运动，液压缸无杆腔的压力低于油箱的压力，所以液压油经过两位两通电磁换向阀进入无杆腔，动作完成。

其中，总控制器连接有提供电源的井场电网220V交流电，操作目标指令的触摸操作屏以及反馈柔性软体罐液位信息和可折叠式支架铰链转动角度信息的传感器；控制智能软体罐目标指令的控制算法和控制程序存储在总控制器中。

各个节点控制器连接有提供电源的井场电网220V交流电，执行目标指令的电机驱动器和电磁阀以及反馈液压促动器温度压力信息和直线位移信息的传感器。控制液压促动器运动的控制算法和控制程序存储在各个节点控制器中。

当众多同种样式的可折叠式支架中液压促动器内部活塞杆根据各个节点控制器上的收拢目标指令信号同步伸出到各自合适位置时，并通过温度传感器、压力传感器、位移传感器反馈信号实时反馈到各个节点控制器上，并显示在总控制器上的触摸操作屏读取反馈数据，使由众多同种样式的可折叠式支架绕各自第一铰链15和第二铰链16的转动副转动一定角度并通过角度传感器反馈信号实时反馈到总控制器上，使拼接而成的智能柔性软体罐罐口整体向内收拢，从而使智能柔性软体罐内结余压裂用水汇集到供水管汇出口处。由于供水管汇出口液面升高，通过供水管汇出口处上设置的液位传感器将反馈信号实时反馈到总控制器上，从总控制器上触摸操作屏读取数据后易判断智能柔性软体罐内结余压裂用水可继续压裂下一段，最终可使智能柔性软体罐内结余压裂用水得到充分有效利用，满足一天压裂多段的施工要求，顺利达到页岩油压裂平台提速增效的施工效果。

如果从总控制器上触摸操作屏读取数据后判断结果，即使智能柔性软体罐罐口整体向内收拢，智能柔性软体罐内结余压裂用水也不能继续压裂下一段，只能等待大流量输水管线上水。

由总控制器上触摸操作屏给出恢复目标指令，通过总控制器控制运算将恢复目标指令信号通过以太网通信传输到工业交换机上，并由工业交换机将恢复目标指令信号通过现场总线通信传输到各个节点控制器上，当需要众多同种样式的可折叠式支架中液压促动器内部活塞杆回缩时，各个节点控制器通过控制运算同时发出电磁阀控制信号，两位两通的第一电磁换向阀、第二电磁换向阀都处于失电工况，第一电磁换向阀呈关闭状态，第二电磁换向阀呈连通状态。与此同时，各个节点控制器同时发出电机驱动器控制信号驱动步进电机转动，此时步进电机得电实现正转，驱动系统中齿轮泵转动。齿轮泵开始工作吸油，液压油箱内的液压油经由单向阀进入到齿轮泵内，在齿轮泵的作用下变为高压油液并且经过液控单向阀进入液压缸的有杆腔。在高压油的作用下，液压缸杆下移缩回，无杆腔的液压油通过两位两通电磁换向阀进入到系统油箱内，动作完成。

当众多同种样式的可折叠式支架中液压促动器内部活塞杆根据各个节点控制器上的恢复目标指令信号同步回缩到各自合适位置时，并通过温度压力，位移传感器反馈信号实时反馈到各个节点控制器上，并显示在总控制器上的触摸操作屏读取反馈数据，使由众多同种样式的可折叠式支架绕各自第一铰链15和第二铰链16的转动副转动一定角度并通过角度传感器反馈信号实时反馈到总控制器上，使拼接而成的智能柔性软体罐罐口整体向外扩展，恢复原状。由于供水管汇出口液面降低，通过供水管汇出口处上设置的液位传感器将反馈信号实时反馈到总控制器上，从总控制器上触摸操作屏读取数据后易判断智能柔性软体罐呈安全静止状态，等待大流量输水管线上水。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件，尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、物品或者设备/装置所固有的要素。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。