CN113124002A - 一种压裂车液压系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种压裂车液压系统及其控制方法。该系统包括发动机、油泵、液压马达和至少一个蓄能器，所述发动机与所述油泵驱动连接，所述油泵分别通过高压油路和低压油路与所述液压马达连接，所述液压马达适于与压裂泵驱动连接，所述蓄能器接入所述油泵与所述液压马达之间的所述高压油路。本发明的技术方案可以保证压裂车液压系统的运行稳定性。

Description

一种压裂车液压系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，具体而言，涉及一种压裂车液压系统及其控制方法。

背景技术

压裂车在石油开采领域有着日益广泛的应用，而压裂车的压裂泵是其核心部件，压裂泵通常采用液压系统驱动。但是，压裂泵对应工况的变化通常会引起液压系统的压力波动较大，这将影响压裂车的正常使用及寿命。特别是对需要经常更换作业环境的压裂车，工况变化更为频繁，对液压系统的波动影响也将越大。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种压裂车液压系统及其控制方法。

第一方面，本发明提供了一种压裂车液压系统，该系统包括发动机、油泵、液压马达和至少一个蓄能器，所述发动机与所述油泵驱动连接，所述油泵分别通过高压油路和低压油路与所述液压马达连接，所述液压马达适于与压裂泵驱动连接，所述蓄能器接入所述油泵与所述液压马达之间的所述高压油路。

由此，油泵与液压马达组成闭式系统，发动机带动油泵转动，以使油泵输送油液驱动液压马达转动，进而由液压马达驱动压裂泵。可视油液从油泵流向液压马达的油路为高压油路，反向为低压油路，在高压油路接入蓄能器，可使部分油液进出蓄能器，在压裂泵工况变化导致油路压力较大时，蓄能器可接收部分油液，压力较小时，蓄能器可释放部分油液，从而使液压系统压力波动较小，提高整体运行的稳定性。

进一步，该系统还包括比例换向阀，所述蓄能器通过对应的所述比例换向阀接入所述油泵与所述液压马达之间的所述高压油路。

由此，通过比例换向阀可以更加准确而精细地调节蓄能器的节油口开度，进而使对液压系统压力波动的调节更加精确。

进一步，该系统还包括单向阀，所述单向阀的一端接入所述油泵与所述液压马达之间的所述低压油路，所述单向阀的另一端适于与油箱连接。

由此，单向阀在液压系统作为背压阀使用，使得低压油路中建立一定的压力，从而更有利于油液在整个液压系统中的循环流动。

进一步，该系统还包括补油泵，所述补油泵的一端接入所述油泵与所述液压马达之间的所述低压油路，所述补油泵的另一端适于与油箱连接。

由此，通过补油泵可以从油箱向液压系统回路中补充油液，既可以弥补循环工作中的部分油液泄露，也可以起到对油泵和液压马达的冲洗降温作用，使液压系统运行得更为稳定。

进一步，一个所述发动机分别与两个所述油泵驱动连接，两个所述油泵适于共同与所述液压马达连接。

进一步，该系统包括三个所述发动机和六个所述油泵，每个所述发动机分别与两个所述油泵驱动连接，各所述油泵适于共同与所述液压马达连接。

由此，一个发动机驱动两个或多个油泵，且包括多个发动机与油泵的组合，可以使液压系统的驱动端动力更为丰富，有效支撑压裂泵等执行端的动作。

进一步，两个所述液压马达并联后与所述油泵连接。

进一步，该系统包括八个所述液压马达，每两个所述液压马达并联形成液压马达组，四个所述液压马达组并联后与所述油泵连接。

由此，多个液压马达并联后共同驱动压裂泵，即使部分液压马达发生故障，也可以保证压裂泵的运行。

进一步，该系统还包括转速传感器和压力传感器，所述转速传感器和所述压力传感器均适于设置于所述液压马达处。

由此，转速传感器和压力传感器可以分别采集液压马达的转速和压力，从而为后续操作提供相应数据。

第二方面，本发明提供了一种压裂车液压系统的控制方法，基于如上项所述的压裂车液压系统，该方法包括：

获取所述压裂车液压系统的液压马达的马达转速和马达压力；

根据所述马达转速和所述马达压力控制蓄能器的开启数量以及开度。

由此，液压马达的转速和压力等参数可以反映出与液压马达驱动连接的压裂泵的相应运行工况，对于不同的工况，可能引起液压系统不同的压力波动，故根据马达转速和马达压力控制蓄能器的开启数量以及开度，从而有效抵消掉相应压力波动，使液压系统运行得更为平稳。

进一步，所述根据所述马达转速和所述马达压力控制蓄能器的开启数量以及开度包括：

根据所述马达转速和所述马达压力确定对应的工况；

根据所述工况控制所述蓄能器的开启数量以及开度，其中，令最大压力波动对应的所述工况为最大波动工况，所述最大波动工况所对应的所述蓄能器的总开度最大，所述总开度表示所有所述蓄能器的开度之和。

由此，当压裂泵对应工况将导致液压系统压力波动最大时，采用所有蓄能器全开的控制策略，将有效平缓液压系统的压力波动，当通过检测确定为其他工况时，可以相应减小蓄能器的总开度，保证系统的裕量，有助于在需要进一步调节压力波动时进行使用，进而保证液压系统和压裂车整体的运行平稳性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的压裂车液压系统的结构示意图。

图2为本发明另一实施例的压裂车液压系统的结构示意图；

图3为本发明实施例的压裂车液压系统的控制方法的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，本发明实施例的压裂车液压系统包括发动机1、油泵2、液压马达3和至少一个蓄能器4，所述发动机1与所述油泵2驱动连接，所述油泵2分别通过高压油路和低压油路与所述液压马达3连接，所述液压马达3适于与压裂泵(图中未示出)驱动连接，所述蓄能器4接入所述油泵2与所述液压马达3之间的所述高压油路。

具体地，图中油泵2与液压马达3之间的实线，也就是上半部分表示高压油路，油泵2与液压马达3之间的虚线，也就是下半部分表示低压油路。液压马达3可通过齿轮、连杆和曲轴等传动机构与压裂泵驱动连接，图1中液压马达3上的点划线形式的线路仅作示意。

在本实施例中，油泵2与液压马达3组成闭式系统，发动机1带动油泵2转动，以使油泵2输送油液驱动液压马达3转动，进而由液压马达3驱动压裂泵。可视油液从油泵2流向液压马达3的油路为高压油路，反向为低压油路，在高压油路接入蓄能器4，可使部分油液进出蓄能器4，在压裂泵工况变化导致油路压力较大时，蓄能器4可接收部分油液，压力较小时，蓄能器4可释放部分油液，从而使液压系统压力波动较小，提高整体运行的稳定性。

可选地，如图2所示，该系统还包括比例换向阀5，所述蓄能器4通过对应的所述比例换向阀5接入所述油泵2与所述液压马达3之间的所述高压油路。

具体地，液压系统可包括多个蓄能器4，例如包括两个，各蓄能器4分别通过各自对应的比例换向阀5接入高压油路，其中，比例换向阀5具有开闭以及在开启时准确调节开度的功能。

需要注意的是，与图1类似，图2中油泵2与液压马达3之间的实线表示高压油路，油泵2与液压马达3之间的虚线表示低压油路，且图2中并未对液压马达3的相关线路进行过多限定，但其表达的含义与图1是类似的。

在本实施例中，通过比例换向阀5可以更加准确而精细地调节蓄能器4的节油口开度，进而使对液压系统压力波动的调节更加精确。

可选地，该系统还包括单向阀6，所述单向阀6的一端接入所述油泵2与所述液压马达3之间的所述低压油路，所述单向阀6的另一端适于与油箱连接。

具体地，单向阀6的两端分别连接油箱和低压油路，且通常为油箱至低压油路的方向单向导通。

在本实施例中，单向阀6在液压系统作为背压阀使用，使得低压油路中建立一定的压力，从而更有利于油液在整个液压系统中的循环流动。

可选地，该系统还包括补油泵7，所述补油泵7的一端接入所述油泵2与所述液压马达3之间的所述低压油路，所述补油泵7的另一端适于与油箱连接。

具体地，由于油泵2与液压马达3工作过程中，可能会存在一定的泄露，另外，为了避免油泵2和液压马达3过热，会有一定的冲洗流量损失。因此，为了避免油泵2吸空，通过补油泵7向低压管路中补充油液。

在本实施例中，通过补油泵7可以从油箱向液压系统回路中补充油液，既可以弥补循环工作中的部分油液泄露，也可以起到对油泵2和液压马达3的冲洗降温作用，使液压系统运行得更为稳定。

可选地，一个所述发动机1分别与两个所述油泵2驱动连接，两个所述油泵2适于共同与所述液压马达3连接。

可选地，该系统包括三个所述发动机1和六个所述油泵2，每个所述发动机1分别与两个所述油泵2驱动连接，各所述油泵2适于共同与所述液压马达3连接。

具体地，如图2所示，在图中液压系统的左侧有三个发动机1，各发动机1分别与两个油泵2驱动连接，实现一拖二，以充分发挥发动机1的作用效率，各油泵2的上端接入高压油路，下端接入低压油路。

在本实施例中，一个发动机驱动两个或多个油泵，且包括多个发动机与油泵的组合，可以使液压系统的驱动端动力更为丰富，有效支撑压裂泵等执行端的动作。

可选地，两个所述液压马达3并联后与所述油泵2连接。

可选地，该系统包括八个所述液压马达3，每两个所述液压马达3并联形成液压马达组，四个所述液压马达组并联后与所述油泵2连接。

具体地，如图2所示，在图中液压系统的右侧有八个液压马达3，每两个液压马达3并联后再与其他经并联的液压马达组进行并联，形成共四组液压马达组以对压裂泵进行有效驱动。

在本实施例中，多个液压马达并联后共同驱动压裂泵，即使部分液压马达发生故障，也可以保证压裂泵的运行。

可选地，该系统还包括转速传感器和压力传感器，所述转速传感器和所述压力传感器均适于设置于所述液压马达3处。

具体地，转速传感器和压力传感器可直接设置于液压马达3上，例如转轴或机壳等处，拆卸方便，且采集数据较为准确。

在本实施例中，转速传感器和压力传感器可以分别采集液压马达3的转速和压力，从而为后续操作提供相应数据。

本发明另一实施例的压裂车包括如上所述的压裂车液压系统。

具体地，该压裂车还包括压裂泵，压裂泵与所述压裂车液压系统的液压马达驱动连接。

本发明另一实施例压裂车液压系统的控制方法基于如上所述的压裂车液压系统，如图3所示，该方法包括如下步骤：

获取所述压裂车液压系统的液压马达的马达转速和马达压力；

根据所述马达转速和所述马达压力控制蓄能器的开启数量以及开度。

具体地，液压马达的马达转速和马达压力可通过转速传感器和压力传感器采集得到，相应传感数据可由控制装置获取，例如以PLC作为控制装置，控制装置进一步对蓄能器的开启数量以及开度进行控制，例如通过对位于蓄能器节油口处的比例换向阀进行调节。

在本实施例中，液压马达的转速和压力等参数可以反映出与液压马达驱动连接的压裂泵的相应运行工况，对于不同的工况，可能引起液压系统不同的压力波动，故根据马达转速和马达压力控制蓄能器的开启数量以及开度，从而有效抵消掉相应压力波动，使液压系统运行得更为平稳。

可选地，所述根据所述马达转速和所述马达压力控制蓄能器的开启数量以及开度包括：

根据所述马达转速和所述马达压力确定对应的工况；

根据所述工况控制所述蓄能器的开启数量以及开度，其中，令最大压力波动对应的所述工况为最大波动工况，所述最大波动工况所对应的所述蓄能器的总开度最大，所述总开度表示所有所述蓄能器的开度之和。

具体地，工况主要通过压裂泵的压力和排量体现，但压裂泵的压力和排量并不方便直接获取，而其与液压马达的转速和压力具有一定对应关系，故首先获取液压马达的转速和压力，再确定相应的工况，进而确定与不同工况对应的蓄能器控制策略。

表1为常用压裂车的工况与相应参数的对应关系表。

表1

其中，不同工况通常按数字进行区分，表中压力和排量分别表示压裂泵压力和排量。

需要注意的是，液压马达的转速和压力与不同压裂泵压力、排量及工况的对应关系可在出厂前测试、仿真确定，在此不作具体限定。另外，由于液压马达的转速和压力通常是连续的，故可以将例如一定范围的液压马达转速与不同工况相对应。

以液压系统包括两个蓄能器为例进行说明，也就是图1、图2所示的左侧蓄能器和右侧蓄能器，相应地，该系统还包括左侧比例换向阀和右侧比例换向阀。在表1所示的7种工况中，工况2所对应的液压系统压力波动通常为最大的，故此时对蓄能器的控制策略是，将两个蓄能器全部开启，且开度均为最大，也就是两个蓄能器共同所能提供的最大开度。其他工况下，则以逐渐远离工况2的顺序，逐渐使所有蓄能器的总开度减小。具体如下：

当检测到处于工况7时，控制左侧比例换向阀开度为2/3，右侧比例换向阀关闭(即开度为0)；

当检测到处于工况6时，控制左侧比例换向阀接通(即开度为1)，右侧比例换向阀关闭；

当检测到处于工况5时，控制左侧比例换向阀接通，右侧比例换向阀开度为1/3；

当检测到处于工况4时，控制左侧比例换向阀接通，右侧比例换向阀开度为1/2；

当检测到处于工况3时，控制左侧比例换向阀接通，右侧比例换向阀开度为2/3；

当检测到处于工况2时，控制左侧比例换向阀接通，右侧比例换向阀接通；

当检测到处于工况1时，控制左侧比例换向阀接通，右侧比例换向阀开度为2/3。

需要注意的是，上述示例仅以液压系统包括两个蓄能器进行说明，且其中的左侧和右侧仅是为了进行区分，上述控制策略中的左侧和右侧可以进行互换。随着压裂车功率的提高，蓄能器数量也可以增加，相应控制策略也将适应性调整，但基本原则与上述示例一致。

在本实施例中，当压裂泵对应工况将导致液压系统压力波动最大时，采用所有蓄能器全开的控制策略，将有效平缓液压系统的压力波动，当通过检测确定为其他工况时，可以相应减小蓄能器的总开度，保证系统的裕量，有助于在需要进一步调节压力波动时进行使用，进而保证液压系统和压裂车整体的运行平稳性。

读者应理解，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种压裂车液压系统，其特征在于，包括发动机(1)、油泵(2)、液压马达(3)和至少一个蓄能器(4)，所述发动机(1)与所述油泵(2)驱动连接，所述油泵(2)分别通过高压油路和低压油路与所述液压马达(3)连接，所述液压马达(3)适于与压裂泵驱动连接，所述蓄能器(4)接入所述油泵(2)与所述液压马达(3)之间的所述高压油路。

2.根据权利要求1所述的压裂车液压系统，其特征在于，还包括比例换向阀(5)，所述蓄能器(4)通过对应的所述比例换向阀(5)接入所述油泵(2)与所述液压马达(3)之间的所述高压油路。

3.根据权利要求1所述的压裂车液压系统，其特征在于，还包括单向阀(6)，所述单向阀(6)的一端接入所述油泵(2)与所述液压马达(3)之间的所述低压油路，所述单向阀(6)的另一端适于与油箱连接。

4.根据权利要求1所述的压裂车液压系统，其特征在于，还包括补油泵(7)，所述补油泵(7)的一端接入所述油泵(2)与所述液压马达(3)之间的所述低压油路，所述补油泵(7)的另一端适于与油箱连接。

5.根据权利要求1所述的压裂车液压系统，其特征在于，一个所述发动机(1)分别与两个所述油泵(2)驱动连接，两个所述油泵(2)适于共同与所述液压马达(3)连接。

6.根据权利要求5所述的压裂车液压系统，其特征在于，包括三个所述发动机(1)和六个所述油泵(2)，每个所述发动机(1)分别与两个所述油泵(2)驱动连接，各所述油泵(2)适于共同与所述液压马达(3)连接。

7.根据权利要求1所述的压裂车液压系统，其特征在于，两个所述液压马达(3)并联后与所述油泵(2)连接。

8.根据权利要求1所述的压裂车液压系统，其特征在于，还包括转速传感器和压力传感器，所述转速传感器和所述压力传感器均适于设置于所述液压马达(3)处。

9.一种压裂车液压系统的控制方法，其特征在于，基于如权利要求1至8任一项所述的压裂车液压系统，包括：

获取所述压裂车液压系统的液压马达的马达转速和马达压力；

根据所述马达转速和所述马达压力控制蓄能器的开启数量以及开度。

10.根据权利要求9所述的压裂车液压系统的控制方法，其特征在于，所述根据所述马达转速和所述马达压力控制蓄能器的开启数量以及开度包括：

根据所述马达转速和所述马达压力确定对应的工况；

根据所述工况控制所述蓄能器的开启数量以及开度，其中，令最大压力波动对应的所述工况为最大波动工况，所述最大波动工况所对应的所述蓄能器的总开度最大，所述总开度表示所有所述蓄能器的开度之和。

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