CN111997885A - 一种柱塞泵高压测试平台及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种柱塞泵高压测试平台，包括动力模块、变速器模块、吸入灌注管路及低压回流模块、高压节流及高压管路单元、动力端润滑模块、液力端润滑模块、润滑冷却模块、数据采集及处理模块、高压测试防护模块、监测模块；同时还提供了上述平台的测试方法，通过该平台和测试方法，能够能准确得到泵的输入功率、输入排量、输入排量、输出压力，能有效地测试泵在各个压力和排量情况下的性能状况，有效评价柱塞泵性能。
Description
技术领域
本发明属于页岩气开采使用到的高压柱塞泵领域，特别涉及一种柱塞泵高压测试平台及方法。
背景技术
高压柱塞泵作为页岩气酸化、固井、压裂、砾石填充等各种作业关键的生产设备，其种类范围繁多，功率从250HP-3500HP不等，其作业压力可高达20000PSI。柱塞泵使用时，作为页岩气开发作业的关键设备，工作时的排量和压力也在不断地发生变化。因此，评估柱塞泵质量的好坏尤为重要。现有多家柱塞泵生产制造厂家，因无法模拟柱塞泵使用现状，在柱塞泵出厂前不进行柱塞泵的性能测试，或只是做柱塞泵的跑和测试，无法反馈柱塞泵的运转状况，进而评估柱塞泵的好坏。
发明内容
为了解决上述的技术难题，本发明在模拟页岩气现场状况，针对功率范围在0-2800KW范围内，排出介质压力在0-20000PSI内的柱塞泵性能测试，来解决柱塞泵的性能评估问题，具体地本发明提供了一种柱塞泵高压测试平台，包括动力模块、变速器模块、吸入灌注管路及低压回流模块、高压节流及高压管路单元、动力端润滑模块、液力端润滑模块、润滑冷却模块、数据采集及处理模块、高压测试防护模块、监测模块；
所述动力模块，采用多组电机并联作为动力输入，与变速器模块电性连接；
所述变速器模块，设置为传动比为0.8～4.47的多级变速结构，用于输出扭矩和监测动力模块动力源的输出功率；
所述吸入灌注管路及低压回流模块，包括吸入灌注管路、低压回流管路，用于提供和输出吸入供水、排水，监测泵吸入和输出排量；
所述高压节流及高压管路单元，通过高压管路和节流阀进行高压介质输入、节流憋压处理，用于调控泵排出压力和监测泵输出压力值；
所述动力端润滑模块，用于柱塞泵动力端提供润滑处理；
所述液力端润滑模块，用于柱塞泵液力端提供润滑处理；
所述润滑冷却模块，设置为两组冷却塔，分别为冷却循环水塔和用于润滑油冷却塔；
所述数据采集及处理模块，通过采集传感器的数据，与动力模块动力输入和变速器模块的扭矩输出，进行数据采集、存储和处理，输出压力曲线和介质排量曲线，得到实时生产测试报告；
所述高压测试防护模块，用于高压测试过程中高压安全防护；
所述监测模块，设置为多组360°摄像头，固定安装在待测量车间或厂房的测试位置及周边位置，用于辅助提供测试图像。
作为改进，还包括多组温度传感器，固定安装在测试过程中温升有变化的位置。
作为改进，所述变速器模块包括扭矩转速传感器，用于实时检测扭矩和转速数据；作为改进，所述吸入灌注管路及低压回流模块中，低压回流管路包括喇叭管管路、回流流量计、电磁阀、温控开关、喷淋管和钢管道；钢管道包括吸入管道、排出管道，管道的一端口设置为喇叭管管路，喇叭管管路的直径为150-250mm；所述回流流量计、电磁阀、温控开关固定安装在钢管道上，所述喷淋管固定安装在钢管道的一侧；其中电磁阀设置为闸阀和/或蝶阀。
作为改进，所述高压测试防护模块房包括高压测试防护房和控制室视窗，其中所述控制室视窗设置为双层放单玻璃结构的控制室视窗结构；所述高压测试防护房设置为合金钢外框结构，外框结构的外层为10～100mm的钢板，内层镶嵌80～100mm木板。
作为本发明的另一实施方式还提供了上述柱塞泵高压测试平台的测试方法，具体方法步骤为：
S1安装和连接测试平台，将测试平台的底部固定安装在水平地面，进行找平处理，整个测试过程采用高压测试防护模块进行高压防护；
S2将动力模块和变速器模块、待测工件安装在测试平台上，并通过万向轴将动力模块的电机与变速器模块的减速机、柱塞泵固定安装；
S3连通及测试低压管路、高压管路，启动动力端润滑模块、液力端润滑模块和润滑冷却模块进行测试过程中润滑、冷却处理；
S4通过数据采集及处理模块进行进行数据采集、存储和处理，输出压力曲线和介质排量曲线，得到实时生产测试报告。
作为改进，步骤S4，数据处理的方法为：通过扭力传感器和测速器测得的输入扭力值和转速，计算电机的实际输入功率；通过流量传感器测得泵的输入和输出排量，得到泵的实际排量；通过压力传感器测得泵的输入压力，得到泵的实际输入压力，反馈泵的承载性能；通过监测模块测试过程，显示泵的运转状况、噪音及平稳性；监测泵的部件温度数据，显示泵对应部件的运转性能是否正常；获得的实际输入功率、实际输入压力和排量，输出压力曲线和介质排量曲线，得到实时生产测试报告。
有益效果：本发明提供的柱塞泵高压测试平台，能有效评估柱塞泵运转性能状况，与常规设计相比，本发明是通过模拟页岩气压裂车在现场作业时的工作状况，对柱塞泵运转性能进行试验评定，通过使用电机代替柴油机，可降低污染排放，具体通过多个，例如2个功率不同的电机，对应大小不同功率的泵，降低能源消耗，同时可并车使用，为发展测试更大功率泵提供可能；通过变频器的选用，使转速调节更加便捷，便于转速的准确输出；通过吸入管路和排出管路上均安装流量计，泵头及节流阀上均安装压力传感器，能够有效对比关键的压力和排量数据；通过设置多组高精度的传感器，测试的数据更加精确，例如温度传感器，通过贴片方式安装在测量位置，可提前观测发现关键位置的过热现场，尽早预防；通过远程节流结构，使用万向节提供需要的伸缩长度、变矩器扩大转动扭矩、步进电机稳步控制，实现均匀稳定的压力设定。
附图说明
图1是本发明测试平台的结构示意图。
附图标记：1、动力模块；2、变速器模块；3、数据采集及处理模块；4、动力端润滑模块；5、液力端润滑模块；6、高压测试防护模块。
具体实施方式
一种柱塞泵高压测试平台，包括动力模块1、变速器模块2、吸入灌注管路及低压回流模块、高压节流及高压管路单元、动力端润滑模块4、液力端润滑模块5、润滑冷却模块、数据采集及处理模块3、高压测试防护模块6、监测模块；
所述动力模块1，采用多组电机并联作为动力输入，与变速器模块电性连接；进一步地，见图1中不同位置电机可以作为动力模块1。
所述变速器模块2，设置为传动比为0.8～4.47的多级变速结构，用于输出扭矩和监测动力模块动力源的输出功率，进一步地变速器模块2设置为变频器、减速器，见图1中所示；
所述吸入灌注管路及低压回流模块，包括吸入灌注管路、低压回流管路，用于提供和输出吸入供水、排水，监测泵吸入和输出排量；
所述高压节流及高压管路单元，通过高压管路和节流阀进行高压介质输入、节流憋压处理，用于调控泵排出压力和监测泵输出压力值；
所述动力端润滑模块4，用于柱塞泵动力端提供润滑处理；
所述液力端润滑模块5，用于柱塞泵液力端提供润滑处理；
所述润滑冷却模块，设置为两组冷却塔，分别为冷却循环水塔和用于润滑油冷却塔；
所述数据采集及处理模块3，通过采集传感器的数据，与动力模块动力输入和变速器模块的扭矩输出，进行数据采集、存储和处理，输出压力曲线和介质排量曲线，得到实时生产测试报告；
所述高压测试防护模块6，用于高压测试过程中高压安全防护；
所述监测模块，设置为多组360°摄像头，固定安装在待测量车间或厂房的测试位置及周边位置，用于辅助提供测试图像。
还包括多组温度传感器，固定安装在测试过程中温升有变化的位置。所述变速器模块包括扭矩转速传感器，用于实时检测扭矩和转速数据；
所述吸入灌注管路及低压回流模块中，低压回流管路包括喇叭管管路、回流流量计、电磁阀、温控开关、喷淋管和钢管道；钢管道包括吸入管道、排出管道，管道的一端口设置为喇叭管管路，喇叭管管路的直径为150-250mm；所述回流流量计、电磁阀、温控开关固定安装在钢管道上，所述喷淋管固定安装在钢管道的一侧；其中电磁阀设置为闸阀和/或蝶阀。
所述高压测试防护模块房6包括高压测试防护房和控制室视窗，其中所述控制室视窗设置为双层放单玻璃结构的控制室视窗结构；所述高压测试防护房设置为合金钢外框结构，外框结构的外层为10～100mm的钢板，内层镶嵌80～100mm木板。
作为本发明的具体实施方式，还提供了上述柱塞泵高压测试平台的测试方法，具体方法步骤为：
S1安装和连接测试平台，将测试平台的底部固定安装在水平地面，进行找平处理，整个测试过程采用高压测试防护模块进行高压防护；
S2将动力模块和变速器模块、待测工件安装在测试平台上，并通过万向轴将动力模块的电机与变速器模块的减速机、柱塞泵固定安装；
S3连通及测试低压管路、高压管路，启动动力端润滑模块、液力端润滑模块和润滑冷却模块进行测试过程中润滑、冷却处理；
S4通过数据采集及处理模块进行进行数据采集、存储和处理，输出压力曲线和介质排量曲线，得到实时生产测试报告。
进行测试过程：灌注泵变频调速，调节输入水流量，满足柱塞泵吸入排量及压力；电机调速到需求测试转速；变速箱挂挡到需求档位；远程控制节流阀进行憋压到需求工作压力。
步骤S4，数据处理的方法为：通过扭力传感器和测速器测得的输入扭力值和转速，计算电机的实际输入功率；通过流量传感器测得泵的输入和输出排量，得到泵的实际排量；通过压力传感器测得泵的输入压力，得到泵的实际输入压力，反馈泵的承载性能；通过监测模块测试过程，显示泵的运转状况、噪音及平稳性；监测泵的部件温度数据，显示泵对应部件的运转性能是否正常；获得的实际输入功率、实际输入压力和排量，输出压力曲线和介质排量曲线，得到实时生产测试报告。
对结果进行验证，通过实际测得的功率、压力和排量，可以准确得到泵的机械效率、容积效率。本发明的测试平台能准确得到泵的输入功率、输入排量、输入排量、输出压力，能有效地测试泵在各个压力和排量情况下的性能状况，有效评价柱塞泵性能。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (7)
1.一种柱塞泵高压测试平台，其特征在于：包括动力模块、变速器模块、吸入灌注管路及低压回流模块、高压节流及高压管路单元、动力端润滑模块、液力端润滑模块、润滑冷却模块、数据采集及处理模块、高压测试防护模块、监测模块；
所述动力模块，采用多组电机并联作为动力输入，与变速器模块电性连接；
所述变速器模块，设置为传动比为0.8～4.47的多级变速结构，用于输出扭矩和监测动力模块动力源的输出功率；
所述吸入灌注管路及低压回流模块，包括吸入灌注管路、低压回流管路，用于提供和输出吸入供水、排水，监测泵吸入和输出排量；
所述高压节流及高压管路单元，通过高压管路和节流阀进行高压介质输入、节流憋压处理，用于调控泵排出压力和监测泵输出压力值；
所述动力端润滑模块，用于柱塞泵动力端提供润滑处理；
所述液力端润滑模块，用于柱塞泵液力端提供润滑处理；
所述润滑冷却模块，设置为两组冷却塔，分别为冷却循环水塔和用于润滑油冷却塔；
所述数据采集及处理模块，通过采集传感器的数据，与动力模块动力输入和变速器模块的扭矩输出，进行数据采集、存储和处理，输出压力曲线和介质排量曲线，得到实时生产测试报告；
所述高压测试防护模块，用于高压测试过程中高压安全防护；
所述监测模块，设置为多组360°摄像头，固定安装在待测量车间或厂房的测试位置及周边位置，用于辅助提供测试图像。
2.根据权利要求1所述柱塞泵高压测试平台，其特征在于：还包括多组温度传感器，固定安装在测试过程中温升有变化的位置。
3.根据权利要求1所述柱塞泵高压测试平台，其特征在于：所述变速器模块包括扭矩转速传感器，用于实时检测扭矩和转速数据。
4.根据权利要求1所述柱塞泵高压测试平台，其特征在于：所述吸入灌注管路及低压回流模块中，低压回流管路包括喇叭管管路、回流流量计、电磁阀、温控开关、喷淋管和钢管道；钢管道包括吸入管道、排出管道，管道的一端口设置为喇叭管管路，喇叭管管路的直径为150-250mm；所述回流流量计、电磁阀、温控开关固定安装在钢管道上，所述喷淋管固定安装在钢管道的一侧；其中电磁阀设置为闸阀和/或蝶阀。
5.根据权利要求1所述柱塞泵高压测试平台，其特征在于：所述高压测试防护模块房包括高压测试防护房和控制室视窗，其中所述控制室视窗设置为双层放单玻璃结构的控制室视窗结构；所述高压测试防护房设置为合金钢外框结构，外框结构的外层为10～100mm的钢板，内层镶嵌80～100mm木板。
6.一种根据权利要求1所述柱塞泵高压测试平台的测试方法，具体方法步骤为：
S1安装和连接测试平台，将测试平台的底部固定安装在水平地面，进行找平处理，整个测试过程采用高压测试防护模块进行高压防护；
S2将动力模块和变速器模块、待测工件安装在测试平台上，并通过万向轴将动力模块的电机与变速器模块的减速机、柱塞泵固定安装；
S3连通及测试低压管路、高压管路，启动动力端润滑模块、液力端润滑模块和润滑冷却模块进行测试过程中润滑、冷却处理；
S4通过数据采集及处理模块进行进行数据采集、存储和处理，输出压力曲线和介质排量曲线，得到实时生产测试报告。
7.根据权利要求6所述柱塞泵高压测试平台的测试方法，其特征在于：步骤S4，数据处理的方法为：通过扭力传感器和测速器测得的输入扭力值和转速，计算电机的实际输入功率；通过流量传感器测得泵的输入和输出排量，得到泵的实际排量；通过压力传感器测得泵的输入压力，得到泵的实际输入压力，反馈泵的承载性能；通过监测模块测试过程，显示泵的运转状况、噪音及平稳性；监测泵的部件温度数据，显示泵对应部件的运转性能是否正常；获得的实际输入功率、实际输入压力和排量，输出压力曲线和介质排量曲线，得到实时生产测试报告。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113653946A (zh) * | 2021-01-29 | 2021-11-16 | 北京华海基业机械设备有限公司 | 一种无背压回液系统及大流量柱塞泵 |
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2020
- 2020-08-17 CN CN202010827603.4A patent/CN111997885A/zh not_active Withdrawn
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113653946A (zh) * | 2021-01-29 | 2021-11-16 | 北京华海基业机械设备有限公司 | 一种无背压回液系统及大流量柱塞泵 |
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