CN108240405B - 压裂装置及其力矩载荷机和输出功率的测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种压裂装置及其力矩载荷机和输出功率的测量方法，该力矩载荷机包括设置于压裂装置输出轴上的制动盘及用于对制动盘施加制动力的制动装置，制动装置包括相对设置于制动盘轴向两侧的至少一对制动散热片，各制动散热片的制动杆在制动油腔的油压作用下相对靠近或者远离，还包括用于调节制动油腔的油压大小的油压控制系统及用于冷却制动装置与制动盘间的摩擦热量的散热冷却系统。本发明力矩载荷机结构简单、成本低、无需配置额外的负载消耗设备，仅需导入冷却水即可实现将摩擦热量消耗掉，且通过油压控制系统控制制动装置对制动盘施加制动力矩，功率调节简单、便利，使得力矩载荷机满足不同工况的制动力矩调节需求。

Description

压裂装置及其力矩载荷机和输出功率的测量方法
技术领域
本发明涉及压裂装置领域，特别地，涉及一种压裂装置用力矩载荷机。此外，本发明还涉及一种包括上述力矩载荷机的压裂装置及压裂装置输出功率的测量方法。
背景技术
国内目前专业生产用于燃气轮机压裂装置的力矩载荷机几乎为零，而在市场上使用较多的是功率机，功率机配置较复杂，成本都较高，100kW以上功率的至少在100万以上。功率机一般由测功器(或测扭器)和负载机组成，负载机的作用就是将系统的功率消耗出去，有水功率负载机、发电负载机等，水功率负载机就是制作水煮池，同时需配置电气柜、控制柜、发电柜等通过控制电阻给水加热将功率消耗掉；发电负载机就是通过发电将功率送出去，同时也需配置电气柜、控制柜、发电柜等设备。
目前市场上现有的功率机主要缺点有：1、设备配置复杂，涉及的专业系统很多；2、涉及的专业多，则成本都很高，动则几百万；3、设备庞大、笨重，移动不灵活，占用空间大；4、专业系统多，使用维护成本大，对专业操作人员技术水平要求高；5、还需要外部因素的配合，水功率负载机需要设置很大的水池，而且要大量的水源；发电负载机则需要有能够消耗电源的用户或能够并网发电的需求。
发明内容
本发明提供了一种压裂装置及其力矩载荷机和输出功率的测量方法，以解决现有的压裂装置用功率机结构复杂、成本高且需要配置额外设备、压裂装置的输出功率难以测量的技术问题。
本发明采用的技术方案如下：
根据本发明的一个方面，提供一种压裂装置用力矩载荷机，包括设置于压裂装置输出轴上的制动盘及用于对制动盘施加制动力的制动装置，制动装置包括相对设置于制动盘轴向两侧的至少一对制动散热片，各制动散热片的制动杆在制动油腔的油压作用下相对靠近或者远离，还包括用于调节制动油腔的油压大小的油压控制系统及用于冷却制动装置与制动盘间的摩擦热量的散热冷却系统。
进一步地，油压控制系统包括依次连接的储油箱、液压泵、过滤器、电控调节阀、电控二位四通阀，电控调节阀用于调节回流至储油箱内的流量大小，电控二位四通阀具有连通至制动油腔的进油口的加压油路、连通至制动油腔的泄油口的泄压油路，还包括用于调节电控调节阀开度大小的控制器，控制器电连接用于检测电控二位四通阀入口油压的压力变送器和用于检测制动盘对应转速的转速传感器。
进一步地，电控二位四通阀入口的油路上经第一旁路设有用于起稳压作用的蓄能器。
进一步地，电控二位四通阀入口的油路上经第二旁路连接压力变速器，第二旁路上设有开关阀。
进一步地，过滤器为双联过滤器，储油箱的出口设有用于对流入油路的液压油进行过滤的吸油滤。
进一步地，控制器电连接电控二位四通阀和/或液压泵，用于生成指令控制电控二位四通阀的工作状态切换和/或调节液压泵的输出油压值。
进一步地，散热冷却系统包括连通至制动散热片的冷却液管路，制动盘上与制动散热片接触处设有多个散热孔。
根据本发明的另一方面，还提供一种压裂装置，本发明压裂装置上设置上述的力矩载荷机。
根据本发明的另一方面，还提供一种压裂装置输出功率的测量方法，采用上述的力矩载荷机，本发明测量方法包括以下步骤：
通过油压控制系统给制动装置施加设定的油压，且油压值逐渐增大直至制动盘的转速达到预设的稳定转速；
记录稳定转速状态下的制动盘的转速值、油压控制系统施加给制动装置的油压值；
根据力矩载荷机的工作特性获取稳定转速对应的油压值对应的制动力矩值；
根据转速值、制动力矩值计算压裂装置在该工况下对应的输出功率值。
进一步地，根据转速值、制动力矩值计算压裂装置在该工况下对应的输出功率值采用的计算公式如下：
N＝nT/9549
其中，N为输出功率KW，n为制动盘转速r/min，T为制动力矩值N·m。
本发明具有以下有益效果：
本发明压裂装置及其力矩载荷机，其结构简单、成本低、无需配置额外的负载消耗设备，仅需导入冷却水即可实现将摩擦热量消耗掉，且通过油压控制系统控制制动装置对制动盘施加制动力矩，功率调节简单、便利，使得力矩载荷机满足不同工况的制动力矩调节需求。
本发明压裂装置输出功率测量方法，通过在压裂装置处于稳定转速状态下，获取油压控制系统施加给制动装置的油压值，进而换算得到制动力矩值并获取该工况下的转速值，便可获取压裂装置对应的输出功率，其测量简单、快捷，利于对压裂装置的性能维护。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的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：
图1是本发明优选实施例压裂装置用力矩载荷机的结构示意图。
附图标记说明：
1、集成油箱；2、吸油滤；3、球阀；4、液压泵；
5、双联过滤器；6、电控调节阀；7、电控二位四通阀；
8、蓄能器；9、压力表；10、压力变送器；
11、控制器；12、手动阀；
13、制动装置；14、转速传感器；15、制动盘；
16、制动散热片；17、散热冷却系统；
18、压裂装置输出轴。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请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。
参照图1，本发明的优选实施例提供了一种压裂装置用力矩载荷机，其包括设置于压裂装置输出轴18上的制动盘15及用于对制动盘15施加制动力的制动装置13，制动装置13包括相对设置于制动盘15轴向两侧的至少一对制动散热片16，各制动散热片16的制动杆在制动油腔的油压作用下相对靠近或者远离，本实施例力矩载荷机还包括用于调节制动油腔的油压大小的油压控制系统及用于冷却制动装置13与制动盘15间的摩擦热量的散热冷却系统17。
本实施例力矩载荷机，其结构简单、成本低、无需配置额外的负载消耗设备，仅需导入冷却水即可实现将摩擦热量消耗掉，且通过油压控制系统控制制动装置对制动盘施加制动力矩，功率调节简单、便利，使得力矩载荷机满足不同工况的制动力矩调节需求。
参见图1，本实施例中，油压控制系统包括依次连接的储油箱1、液压泵4、过滤器、电控调节阀6、电控二位四通阀7。其中，电控调节阀6用于调节回流至储油箱1内的流量大小，电控二位四通阀7具有连通至制动油腔的进油口的加压油路、连通至制动油腔的泄油口的泄压油路，该力矩载荷机还包括用于调节电控调节阀6开度大小的控制器11，控制器11电连接用于检测电控二位四通阀7入口油压的压力变送器10和用于检测制动盘15对应转速的转速传感器14。本实施例中，制动装置产生的制动力矩的大小与油压控制系统的油压大小成正比，油压大小的调节是通过控制器依据转速传感器测量的转速是否稳定进行调节，当转速恒定时，对应的油压就是需要得到的油压。本实施例中，电控调节阀6位于连通至储油箱1的回油管路上，以调节分流至电控二位四通阀7入口的液压油流量大小，即电控调节阀6的开度越大，则进入电控二位四通阀7的油压值越小，因此，油压控制系统施加给制动装置的油压大小可以经控制器调节电控调节阀的开度大小来实现，优选地，根据压力变送器10检测的电控二位四通阀7入口油压大小来智能调节电控调节阀6的开度大小，本实施例中，控制策略为开度大小与压力变送器10检测的压力值成比例来调节，从而实现油压值的智能调节。
优选地，电控二位四通阀7入口的油路上经第一旁路设有用于起稳压作用的蓄能器8，避免监测的油压值出现较大的波动，从而引起监测误差及波动，进一步保障了系统运行的可靠性。优选地，电控二位四通阀7入口的油路上经第二旁路连接压力变送器10，第二旁路上设有开关阀。参照图1，第二旁路上设有手动阀12及压力变送器10，压力变送器10将实时监测的压力值反馈给控制器的I/O端口。优选地，第二旁路上还设有便于操作员观测实时压力值的压力表9，压力表9与压力变送器10之间设有一手动阀12。
本实施例中，储油箱1的出口设有用于对流入油路的液压油进行过滤的吸油滤2，从而防止大杂质进入油路。进入油路的液压油经球阀3连通液压泵4，液压泵4可以实现小流量大油压的液压油供应。优选地，液压泵4电连接控制器11，从而在控制器11的控制下调节液压泵4的输出油压值。液压泵4之后设置双联过滤器5，双联过滤器5具有一用一备的功能，从而提供系统的可维护性。双联过滤器5之后经供油路连通电控二位四通阀7的入油口，且连通至储油箱1的回油路上设置电控调节阀6。优选地，电控二位四通阀7受控制器11控制，以在控制器11的指令下切换供油加载状态和泄油脱开状态。本实施例中，参见图1，电控二位四通阀7在通电状态下，其右侧的油路导通，从而实现从制动油腔的油压加载，控制制动装置对制动盘施加制动力矩；电控二位四通阀7在断电状态，其左侧的油路导通，从而实现制动油腔的油压卸载，使得制动力矩逐渐减少至脱开状态。
本实施例中，散热冷却系统17包括连通至制动散热片16的冷却液管路，制动盘15上与制动散热片16接触处设有多个散热孔，制动摩擦时，通过冷却水变为蒸汽带走大量的摩擦热。本实施例中，只需将冷却液管路中接入水源便可将摩擦热量消耗掉，水源可以为自来水或者其他水源，其维护性好、成本低。
根据本发明的另一方面，还提供一种压裂装置，本实施例压裂装置上设置上述实施例的力矩载荷机。
根据本发明的另一方面，还提供一种压裂装置输出功率的测量方法，采用上述实施例的力矩载荷机，本实施例测量方法包括以下步骤：
通过油压控制系统给制动装置13施加设定的油压，且油压值逐渐增大直至制动盘15的转速达到预设的稳定转速；
记录稳定转速状态下的制动盘15的转速值、油压控制系统施加给制动装置13的油压值；
根据力矩载荷机的工作特性获取稳定转速对应的油压值对应的制动力矩值；
根据转速值、制动力矩值计算压裂装置在该工况下对应的输出功率值。
根据转速值、制动力矩值计算压裂装置在该工况下对应的输出功率值采用的计算公式如下：
N＝nT/9549
其中，N为输出功率KW，n为制动盘转速r/min，T为制动力矩值N·m。
本实施例中，力矩载荷机的工作原理如下：当压裂机组输出轴(压裂装置输出轴18)输出一定的未知功率时，通过力矩载荷机的油压控制系统给制动装置13一定的油压，油压从小到大，当在某一油压时，制动盘15转速达到稳定转速时，记下此时的油压，通过油压可查力矩载荷机“油压—力矩”表，可知该油压对应的制动力矩大小，又通过转速传感器14可知此时制动力矩对应的制动盘14转速，再通过公式N＝nT/9549可计算压裂机组该工况输出轴输出功率的大小。制动盘15与制动散热片16之间摩擦产生的热量，通过散热冷却系统17中的冷却水吸收变为蒸汽，从而摩擦热得到了很好的散发，有利于力矩载荷机的持续运行。制动装置中的油压，通过电控调节阀可调节油压的不同大小，保证了力矩载荷机可产生不同的制动力矩。
以上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。

Claims (9)

1.一种压裂装置用力矩载荷机，其特征在于，包括设置于压裂装置输出轴(18)上的制动盘(15)及用于对所述制动盘(15)施加制动力的制动装置(13)，所述制动装置(13)包括相对设置于所述制动盘(15)轴向两侧的至少一对制动散热片(16)，各所述制动散热片(16)的制动杆在制动油腔的油压作用下相对靠近或者远离，还包括用于调节所述制动油腔的油压大小的油压控制系统及用于冷却所述制动装置(13)与所述制动盘(15)间的摩擦热量的散热冷却系统(17)；
所述油压控制系统包括依次连接的储油箱(1)、液压泵(4)、过滤器、电控调节阀(6)、电控二位四通阀(7)，所述电控调节阀(6)用于调节回流至所述储油箱(1)内的流量大小，所述电控二位四通阀(7)具有连通至所述制动油腔的进油口的加压油路、连通至所述制动油腔的泄油口的泄压油路，所述力矩载荷机还包括用于调节所述电控调节阀(6)开度大小的控制器(11)，所述控制器(11)电连接用于检测所述电控二位四通阀(7)入口油压的压力变送器(10)和用于检测所述制动盘(15)对应转速的转速传感器(14)。
2.根据权利要求1所述的压裂装置用力矩载荷机，其特征在于，
所述电控二位四通阀(7)入口的油路上经第一旁路设有用于起稳压作用的蓄能器(8)。
3.根据权利要求2所述的压裂装置用力矩载荷机，其特征在于，
所述电控二位四通阀(7)入口的油路上经第二旁路连接所述压力变送器(10)，所述第二旁路上设有开关阀。
4.根据权利要求2所述的压裂装置用力矩载荷机，其特征在于，
所述过滤器为双联过滤器(5)，所述储油箱(1)的出口设有用于对流入油路的液压油进行过滤的吸油滤(2)。
5.根据权利要求2所述的压裂装置用力矩载荷机，其特征在于，
所述控制器(11)电连接所述电控二位四通阀(7)和/或所述液压泵(4)，用于生成指令控制所述电控二位四通阀(7)的工作状态切换和/或调节所述液压泵(4)的输出油压值。
6.根据权利要求1至5任一所述的压裂装置用力矩载荷机，其特征在于，
所述散热冷却系统(17)包括连通至所述制动散热片(16)的冷却液管路，所述制动盘(15)上与所述制动散热片(16)接触处设有多个散热孔。
7.一种压裂装置，其特征在于，所述压裂装置上设置如权利要求1至6任一所述的力矩载荷机。
8.一种压裂装置输出功率的测量方法，采用如权利要求1至6任一所述的力矩载荷机，所述测量方法包括以下步骤：
通过油压控制系统给制动装置(13)施加设定的油压，且油压值逐渐增大直至制动盘(15)的转速达到预设的稳定转速；
记录稳定转速状态下的制动盘(15)的转速值、油压控制系统施加给制动装置(13)的油压值；
根据力矩载荷机的工作特性获取所述稳定转速对应的油压值对应的制动力矩值；
根据所述转速值、所述制动力矩值计算压裂装置在该工况下对应的输出功率值。
9.根据权利要求8所述的测量方法，其特征在于，
根据所述转速值、所述制动力矩值计算压裂装置在该工况下对应的输出功率值采用的计算公式如下：
N＝nT/9549
其中，N为输出功率KW，n为制动盘转速r/min，T为制动力矩值N·m。
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