CN107544304A - 压裂车控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提出一种压裂车控制方法及装置，涉及压裂设备控制技术领域。该压裂车控制方法及装置首先通过预设定的压力保护值及预设定的施工排量值选定需要运转的液压马达、液压泵及发动机，以使得需要运转的液压马达、液压泵及发动机实际输出的总功率与通过预设定的压力保护值和施工排量值确定的最大输出功率匹配，避免实际输出的总功率过大造成的无用功增加；然后基于获得的当前排量值以及预设定的施工排量值，调节所述液压泵或所述液压马达的输出电流，从而实现在不同功率下，整机利用效率高，损耗功能小、节约能源的目的。

Description

压裂车控制方法及装置

技术领域

本发明涉及压裂设备控制技术领域，具体而言，涉及一种压裂车控制方法及装置。

背景技术

液压式压裂车是压裂施工增产作业中的一类压裂设备，在动力传递过程中有别于常规机型压裂车。液压式压裂的动力系统由多台发动机组成，传动链系统为分布式液压马达带动压裂泵进行工作。在施工使用过程中，不同的压裂施工设计要求大泵输出排量和施工压力不一定相同，即要求压裂车输出功率不相同。因此，在最大输出功率一定条件下(排量和超压保护压力确定的情况下)，损耗功率越低，整机效率越高。由于液压式压裂车由传动链系统和多台动力系统组成结构，如果多台发动机同时启动，可能会造成功率过大，因此会产生除了发动机自身能量损耗之外，还使液压系统的油温提升，造成大量功率损耗。

一般地，在常规施工控制中，压裂车的发动机先将油门升至设定速度，然后通过人机显示屏设定输出排量和压力保护值，压裂车开始正常工作。控制器通过比例阀驱动接口同时給入液压泵和马达电流，通过调节泵与马达的电流实现排量的调节，最终达到条件泵排量的目的。然而，由于发动机一般全部升速、液压泵和液压马达同时调节，这样造成设定最大功率下，整机的待机功率比较大，同时整机系统热损耗比较大，比较浪费资源。

发明内容

本发明的目的在于提供一种压裂车控制方法及装置，以提高液压式压裂车系统的运行过程中的整机效率，同时达到节省能源的效果。

为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种压裂车控制方法，所述压裂车控制方法包括：

基于预设定的压力保护值及预设定的施工排量值选定液压马达、液压泵及发动机运转；

获取当前排量值；

基于所述当前排量值、所述预设定的施工排量值及预设定的周期，调节所述液压泵或所述液压马达的输出电流。

第二方面，本发明实施例还提供了一种压裂车控制装置，所述压裂车控制装置包括：

控制单元，用于基于预设定的压力保护值及预设定的施工排量值选定液压马达、液压泵及发动机运转；

排量值获取单元，用于获取当前排量值；

输出电流调节单元，用于基于所述当前排量值、所述预设定的施工排量值及预设定的周期，调节所述液压泵或所述液压马达的输出电流。

相对现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明提供的压裂车控制方法及装置，首先通过预设定的压力保护值及预设定的施工排量值选定需要运转的液压马达、液压泵及发动机，以使得需要运转的液压马达、液压泵及发动机实际输出的总功率与通过预设定的压力保护值和施工排量值确定的最大输出功率匹配，避免实际输出的总功率过大造成的无用功增加；然后基于获得的当前排量值以及预设定的施工排量值，调节所述液压泵或所述液压马达的输出电流，从而实现在不同功率下，整机利用效率高，损耗功能小、节约能源的目的。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1示出了本发明实施例提供的压裂车控制系统的功能模块图。

图2示出了本发明实施例提供的压裂车控制方法的流程图。

图3示出了图2中步骤S201的具体流程图。

图4示出了图2中步骤S203的具体流程图。

图5示出了本发明实施例提供的压裂车控制装置的功能模块图。

图6示出了图5中输出电流调节单元的进一步的功能模块图。

图标：100-压裂车控制系统；101-存储器；102-存储控制器；103-处理器；104-电源管理模块；105-信号输入模块；106-控制辅助模块；107-动力模块；200-压裂车控制装置；210-控制单元；220-排量值获取单元；230-输出电流调节单元；232-排量差值获取子单元；234-计算子单元。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明实施例提供了一种压裂车控制系统100，用于通过调节液压泵或液压马达的输出电流，从而实现在不同功率下，整机利用效率高，损耗功能小、节约能源的目的。请参阅图1，为可应用于本发明实施例中的压裂车控制系统100的功能框图。该压裂车控制系统100包括压裂车控制装置200、存储器101、存储控制器102，一个或多个(图中仅示出一个)处理器103、电源管理模块104、信号输入模块105、控制辅助模块106及动力模块107。处理器103与存储控制器102、处理器103、电源管理模块104、控制辅助模块106、信号输入模块105及动力模块107均电连接，存储器101与存储控制器102电连接。所述压裂车控制装置200包括至少一个由所述处理器103执行的软件功能模块。

存储器101可用于存储软件程序以及单元，如本发明实施例中的压裂车控制装置200及方法所对应的程序指令/单元，处理器103通过运行存储在存储器101内的软件程序以及单元，从而执行各种功能应用以及数据处理，如本发明实施例提供的压裂车控制方法。

存储器101可包括高速随机存储器101，还可包括非易失性存储器101，如一个或者多个磁性存储装置、闪存、或者其他非易失性固态存储器101。处理器103以及其他可能的组件对存储器101的访问可在存储控制器102的控制下进行。

信号输入模块105用于响应用户的操作而生成控制指令或者输入用户设定的压力保护值、施工排量值等。

电源管理模块104用于为压裂车控制系统100提供电源并能维持压裂车控制系统100的正常运行。

控制辅助模块106主要包括液压泵、液压马达的驱动硬件、发动机总线接口硬件以及用于检测压裂泵的输出排量和压力的采集硬件接口，实现读取发动机的燃油消耗量、发动机功能等参数、控制液压系统电流、检测输出转速参数。

动力模块107用于为压裂车控制系统100提供动力，以便于压裂车控制系统100能工作。具体地，动力模块107包括多个发动机、多个液压泵及多个液压马达。

第一实施例

本发明实施例提供了一种压裂车控制方法，用于通过调节液压泵或液压马达的输出电流，从而实现在不同功率下，整机利用效率高，损耗功能小、节约能源的目的。请参阅图2，为本发明实施例提供的压裂车控制方法的流程图。该压裂车控制方法包括：

步骤S201：基于预设定的压力保护值及预设定的施工排量值选定液压马达、液压泵及发动机运转。

需要说明的是，该预设定的压力保护值及预设定的施工排量值均为在压裂车运行前，用户依据实际的工况预先设定并通过信号输入模块105输入的数据。

此外，请参阅图3，为步骤S201的具体流程图。该步骤S201包括：

子步骤S2011：基于预设定的压力保护值、预设定的施工排量值及预设定的算式获取待运转的液压马达、液压泵及发动机的数量。

具体地，液压马达的数量可通过以下算式进行计算：

发动机的数量可通过以下算式进行计算：

其中，p为预设定的压力保护值，V为预设定的施工排量值，P₁为液压马达的功率，P₂为发动机的功率，k为预先设定的传动效率系数，n₁为液压马达的台数，n₂为发动机的台数。

此外，液压泵的数量为发动机数量的两倍。

由于预先设定了压力保护值及施工排量值，因而在最大输出功率一定的调节下，通过上述预设定的算式确定的液压马达、液压泵及发动机的数量，可使得压裂车控制系统100的有用功率较大。

子步骤S2012：基于待运转的液压马达、液压泵及发动机的数量及扭矩接近均衡原则确定待运转的液压马达、液压泵及发动机的序号。

其中，扭矩接近均衡原则满足表1所示的关系：

表1

例如，计算出马达的台数为6台，则选择序号为1、5、8、9、13、16的马达；若马达的台数为10，则选择序号为1、3、4、5、8、9、11、12、13、16的马达。

子步骤S2013：控制与序号对应的液压马达、液压泵及发动机运转。

当与序号对应的液压马达、液压泵及发动机运转时，压裂车开始正常运转。

可以理解地，通过选定需要运转的液压马达、液压泵及发动机，可以使得需要运转的液压马达、液压泵及发动机实际输出的总功率与通过预设定的压力保护值和施工排量值确定的最大输出功率一致，从而可以避免实际输出的总功率过大造成的自身能量损耗和功率损耗。

步骤S202：获取当前排量值。

可以理解地，当前排量值即为压裂车运转时压裂泵的排量值，可用于体现压裂车当前的工作状态、工作效率等信息。

步骤S203：基于当前排量值、预设定的施工排量值及预设定的周期，调节液压泵或液压马达的输出电流。

处理器103基于当前排量值及预设定的施工排量值，可获得压裂车当前的运行状态，以便于依据当前的运行状态调节液压泵或液压马达的输出电流，从而改变压裂车的运转状态。

此外，处理器103每个周期都会对液压泵或液压马达的输出电流进行调节，以使得压裂车控制系统100的有效功率能够长时间处于较大的状态。

在一种优选的实施例中，预设定的周期为0.2s～1s。当然，在其他实施例中，预设定的周期也可以为其他值。

请参阅图4，为步骤S203的具体流程图。该步骤S203包括：

子步骤S2031：获取当前排量值与所述预设定的施工排量值的排量差值。

子步骤S2032：判断排量差值是否大于预设定的第一阈值，如果是，则执行子步骤S2034；如果否，则执行子步骤S2033。

当排量差值大于预设定的第一阈值时，表明压裂车的当前排量未达到预设定排量，即有效利用率不高；当排量差值小于或等于预设定的第一阈值时，表明压裂车的当前排量已经达到预设定排量，实际输出功率与预期功率相符。

子步骤S2033：保持当前的泵电流及马达电流不变。

由于压裂车的当前排量已经达到预设定排量，实际输出功率与预期功率相符，因而压裂车的有用功率较大，因此不用再调整泵电流及马达电流，保持不变即可。

子步骤S2034：判断液压泵的当前输出电流是否小于最大泵电流值，如果是，则执行子步骤S2035；如果否，则执行子步骤S2036。

当液压泵的当前输出电流小于最大泵电流值时，表明液压泵的输出功率还未达到最大；相反地，当液压泵的当前输出电流等于最大泵电流值时，表明液压泵的输出功率已经达到最大。

子步骤S2035：基于排量差值及预设定的液压泵的调节系数计算所述液压泵的输出电流。

由于压裂车的当前排量未达到预设定排量，有效利用率不高，同时液压泵的当前输出电流小于最大泵电流值，因而先通过调节液压泵的输出电流的方式来调整压裂车的输出功率。

在一种优选的实施例中，通过下述算式计算液压泵的输出电流：

液压泵的输出电流＝排量差值×△p1

其中，△p1为预先设定的液压泵的调节系数。

子步骤S2036：判断液压马达的当前输出电流是否小于最大马达电流值，如果是，则执行子步骤S2037；如果否，则执行子步骤S2033。

当液压马达的当前输出电流小于最大马达电流值时，表明液压马达的输出功率还未达到最大；相反地，当液压马达的当前输出电流等于最大马达电流值时，表明液压马达的输出功率已经达到最大，此时动力系统发挥最大功率，使得压裂车系统的有用功率最大。

子步骤S2037：排量差值及预设定的液压马达的调节系数计算所述液压马达的输出电流。

由于压裂车的当前排量未达到预设定排量，有效利用率不高，液压泵的当前输出电流已经达到最大泵电流值，同时液压马达的当前输出电流小于最大马达电流值，因而只能通过调节液压马达的输出电流的方式来调整压裂车的输出功率，以提高压裂车系统的有用功率。

在一种优选的实施例中，通过下述算式计算液压马达的输出电流：

液压马达的输出电流＝排量差值×△p2

其中，△p2为预先设定的液压马达的调节系数。

可以理解地，上述子步骤S2031～子步骤S2037均为步骤S203一个周期内执行的操作；每到下一个周期，便会再次按照子步骤S2031～子步骤S2037的顺序进行循环。

第二实施例

请参阅图5，图5为本发明较佳实施例提供的一种压裂车控制装置200。需要说明的是，本实施例所提供的压裂车控制装置200，其基本原理及产生的技术效果和上述实施例相同，为简要描述，本实施例部分未提及之处，可参考上述的实施例中相应内容。压裂车控制装置200包括控制单元210、排量值获取单元220以及输出电流调节单元230。

其中，控制单元210用于基于预设定的压力保护值及预设定的施工排量值选定液压马达、液压泵及发动机运转。

具体地，控制单元210用于基于预设定的压力保护值、预设定的施工排量值及预设定的算式获取待运转的液压马达、液压泵及发动机的数量。

具体地，液压马达的数量可通过以下算式进行计算：

发动机的数量可通过以下算式进行计算：

其中，p为预设定的压力保护值，V为预设定的施工排量值，P₁为液压马达的功率，P₂为发动机的功率，k为预先设定的传动效率系数，n₁为液压马达的台数，n₂为发动机的台数。

此外，液压泵的数量为发动机数量的两倍。

控制单元210还用于基于待运转的液压马达、液压泵及发动机的数量及扭矩接近均衡原则确定待运转的液压马达、液压泵及发动机的序号。

控制单元210还用于控制与序号对应的液压马达、液压泵及发动机运转。

可以理解地，控制单元210可用于执行步骤S201、子步骤S2011、子步骤S2012以及子步骤S2013。

排量值获取单元220用于获取当前排量值。

可以理解地，当前排量值即为压裂车运转时的排量值，可用于体现压裂车当前的工作状态、工作效率等信息。

此外，排量值获取单元220可用于执行步骤S202。

输出电流调节单元230用于基于所述当前排量值及所述预设定的施工排量值，调节所述液压泵或所述液压马达的输出电流。

处理器103基于当前排量值及预设定的施工排量值，可获得压裂车当前的运行状态，以便于依据当前的运行状态调节液压泵或液压马达的输出电流，从而改变压裂车的运转状态。

可以理解地，输出电流调节单元230可用于执行步骤S203。

请参阅图6，为输出电流调节单元230的功能框图。输出电流调节单元230包括排量差值获取子单元232及计算子单元234。

其中，排量差值获取子单元232用于获取当前排量值与预设定的施工排量值的排量差值。

可以理解地，排量差值获取子单元232可用于执行子步骤S2031。

计算子单元234用于当排量差值大于预设定的第一阈值时，基于液压泵的当前输出电流计算液压泵或液压马达的输出电流。

由于压裂车的当前排量未达到预设定排量，有效利用率不高，因此需要进一步调节液压泵或液压马达的输出电流，以使得输出功率较大，有效利用功率提高。

计算子单元234还用于若当前输出电流小于最大泵电流值时，基于预设定的第一计算公式计算液压泵的输出电流；若当前输出电流大于或等于最大泵电流值时，基于液压马达的当前输出电流计算液压马达的输出电流。

计算子单元234还用于若当前输出电流小于最大马达电流值时，基于排量差值及预设定的液压马达的调节系数计算液压马达的输出电流。

可以理解地，计算子单元234可用于执行子步骤S2032、子步骤S2033、子步骤S2034、子步骤S2035、子步骤S2036、子步骤S2037。

综上所述，本发明提供的压裂车控制方法及装置，首先通过预设定的压力保护值及预设定的施工排量值选定需要运转的液压马达、液压泵及发动机，以使得需要运转的液压马达、液压泵及发动机实际输出的总功率与通过预设定的压力保护值和施工排量值确定的最大输出功率匹配，避免实际输出的总功率过大造成的无用功增加；然后基于获得的当前排量值以及预设定的施工排量值，调节所述液压泵或所述液压马达的输出电流，从而实现在不同功率下，整机利用效率高，损耗功能小、节约能源的目的。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

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。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

Claims (10)

1.一种压裂车控制方法，其特征在于，所述压裂车控制方法包括：

基于预设定的压力保护值及预设定的施工排量值选定液压马达、液压泵及发动机运转；

获取当前排量值；

基于所述当前排量值、所述预设定的施工排量值及预设定的周期，调节所述液压泵或所述液压马达的输出电流。

2.根据权利要求1所述的压裂车控制方法，其特征在于，所述基于预设定的压力保护值及预设定的施工排量值选定液压马达、液压泵及发动机运转的步骤包括：

基于所述预设定的压力保护值、所述预设定的施工排量值及预设定的算式获取待运转的液压马达、液压泵及发动机的数量；

基于所述待运转的液压马达、液压泵及发动机的数量及扭矩接近均衡原则确定所述待运转的液压马达、液压泵及发动机的序号；

控制与所述序号对应的液压马达、液压泵及发动机运转。

3.根据权利要求1所述的压裂车控制方法，其特征在于，所述基于所述当前排量值、所述预设定的施工排量值及预设定的周期，调节所述液压泵或所述液压马达的输出电流的步骤包括：

获取当前排量值与所述预设定的施工排量值的排量差值；

当所述排量差值大于预设定的第一阈值时，基于所述液压泵的当前输出电流调节所述液压泵或所述液压马达的输出电流。

4.根据权利要求3所述的压裂车控制方法，其特征在于，基于所述液压泵的当前输出电流调节所述液压泵或所述液压马达的输出电流的步骤包括：

当所述液压泵的当前输出电流小于最大泵电流值时，基于所述排量差值及预设定的液压泵的调节系数计算所述液压泵的输出电流；

当所述液压泵的当前输出电流大于或等于最大泵电流值时，基于所述液压马达的当前输出电流调节所述液压马达的输出电流。

5.根据权利要求4所述的压裂车控制方法，其特征在于，所述基于所述液压马达的当前输出电流调节所述液压马达的输出电流的步骤包括：

当所述液压马达的当前输出电流小于最大马达电流值时，基于所述排量差值及预设定的液压马达的调节系数计算所述液压马达的输出电流。

6.一种压裂车控制装置，其特征在于，所述压裂车控制装置包括：

控制单元，用于基于预设定的压力保护值及预设定的施工排量值选定液压马达、液压泵及发动机运转；

排量值获取单元，用于获取当前排量值；

输出电流调节单元，用于基于所述当前排量值、所述预设定的施工排量值及预设定的周期，调节所述液压泵或所述液压马达的输出电流。

7.根据权利要求6所述的压裂车控制装置，其特征在于，所述控制单元用于

基于所述预设定的压力保护值、所述预设定的施工排量值及预设定的算式获取待运转的液压马达、液压泵及发动机的数量；

基于所述待运转的液压马达、液压泵及发动机的数量及扭矩接近均衡原则确定所述待运转的液压马达、液压泵及发动机的序号；

控制与所述序号对应的液压马达、液压泵及发动机运转。

8.根据权利要求6所述的压裂车控制装置，其特征在于，所述输出电流调节单元包括：

排量差值获取子单元，用于获取当前排量值与所述预设定的施工排量值的排量差值；

计算子单元，用于当所述排量差值大于预设定的第一阈值时，基于所述液压泵的当前输出电流计算所述液压泵或所述液压马达的输出电流。

9.根据权利要求8所述的压裂车控制装置，其特征在于，所述计算子单元还用于

当所述液压泵的当前输出电流小于最大泵电流值时，基于所述排量差值及预设定的液压泵的调节系数调节所述液压泵的输出电流计算所述液压泵的输出电流；

当所述液压泵的当前输出电流大于或等于最大泵电流值时，基于所述液压马达的当前输出电流计算所述液压马达的输出电流。

10.根据权利要求9所述的压裂车控制装置，其特征在于，所述计算子单元还用于当所述液压马达的当前输出电流小于最大马达电流值时，基于所述排量差值及预设定的液压马达的调节系数计算所述液压马达的输出电流。