CN113323834A - 涡轮压裂设备 - Google Patents

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Abstract

一种涡轮压裂设备，包括：主动力总成，包括第一动力源、连接到所述第一动力源的柱塞泵，所述第一动力源向所述柱塞泵提供动力输出，所述柱塞泵输出第一液体；辅助动力总成，包括第二动力源、连接到所述第二动力源的负载敏感系统、以及辅助动力装置，所述第二动力源向所述负载敏感系统提供动力输出，所述负载敏感系统连接于所述辅助动力装置并且输出用于所述辅助动力装置的第二液体，所述第一液体不同于所述第二液体，并且所述第一液体和所述第二液体具有一定的压力；其中，所述负载敏感系统配置为根据辅助动力装置所需的所述第二液体的压力，实时调整所输出的第二液体的压力。

Description

涡轮压裂设备
技术领域
本公开实施例涉及一种涡轮压裂设备。
背景技术
目前，涡轮发动机因其具有体积小、重量轻、功率大、燃料经济性好等优点，被广泛应用于油田压裂设备。在涡轮压裂设备中，除涡轮发动机作为驱动柱塞泵做功的主要动力外，还需搭载一套辅助动力源驱动一套液压系统，为整机各执行部件提供动力。
发明内容
本公开实施例提供一种涡轮压裂设备，包括：主动力总成，包括第一动力源、连接到所述第一动力源的柱塞泵，所述第一动力源向所述柱塞泵提供动力输出，所述柱塞泵输出第一液体；辅助动力总成，包括第二动力源、连接到所述第二动力源的负载敏感系统、以及辅助动力装置，所述第二动力源向所述负载敏感系统提供动力输出，所述负载敏感系统连接于所述辅助动力装置并且输出用于所述辅助动力装置的第二液体，所述第一液体不同于所述第二液体，并且所述第一液体和所述第二液体具有一定的压力；其中，所述负载敏感系统配置为根据辅助动力装置所需的所述第二液体的压力，实时调整所输出的第二液体的压力。
例如，所述辅助动力装置包括向所述主动力总成提供辅助动力的多个执行机构，所述多个执行机构包括第一动力源驱动装置、润滑组件驱动装置和散热组件驱动装置；所述负载敏感系统包括：负载敏感泵，提供所述第二液体；以及负载敏感控制装置，与所述负载敏感泵连接并且包括控制阀组，所述控制阀组与所述第一动力源驱动装置、所述润滑组件驱动装置和所述散热组件驱动装置连接；被调压后的所述第二液体从所述负载敏感泵输出后，经过所述控制阀组，输送到所述第一动力源驱动装置、所述润滑组件驱动装置和所述散热组件驱动装置中。
例如，所述主动力总成还包括：变速箱，设置在所述第一动力源和所述柱塞泵之间；润滑装置，包括用于润滑所述柱塞泵的柱塞泵润滑组件和用于润滑所述变速箱的变速箱润滑组件；以及散热装置，包括用于给润滑剂散热的润滑剂散热组件；其中，所述第一动力源驱动装置驱动所述第一动力源；所述润滑泵驱动装置包括第一润滑驱动组件和第二润滑驱动组件，所述第一润滑驱动组件驱动所述柱塞泵润滑组件，所述第二润滑驱动组件驱动所述变速箱润滑组件；所述散热组件驱动装置驱动所述润滑剂散热组件。
例如，所述主动力总成还包括：排气装置，所述排气装置与所述第一动力源的第一端相连，所述第一动力源的第二端与所述变速箱相连；其中，所述辅助动力总成的多个执行机构还包括用于所述排气装置的油缸；其中，所述控制阀组还与所述油缸连接并且用于驱动所述油缸，所述控制阀组还与所述变速箱的刹车钳连接并且用于驱动所述刹车钳。
例如，所述控制阀组包括多个控制阀，所述负载敏感控制装置还包括压力比较阀，所述压力比较阀与所述多个控制阀连通，用于比较所述多个控制阀中的所述第二液体的压力，并且将所述多个执行机构所需的最高液体压力反馈给所述负载敏感泵，所述负载敏感泵根据所述最高液体压力调整所述第二液体的压力。
例如，所述负载敏感泵配置为：当未接受到液体压力信号时，所述负载敏感泵的出口的待命压力P1；当接收到液体压力信号P时，其出口压力则为P1+P。
例如，所述辅助动力装置包括：第一组执行机构和第二组执行机构，其中，所述负载敏感系统包括：至少一个负载敏感泵，提供所述第二液体；第一负载敏感控制装置，与所述至少一个负载敏感泵连接并且包括第一控制阀组，所述第一控制阀组与所述第一组执行机构连接；以及第二负载敏感控制装置，与所述至少一个负载敏感泵连接并且包括第二控制阀组，所述第二控制阀组与所述第二组执行机构连接；其中，被调压后的所述第二液体从所述第一负载敏感泵输出后，经过所述第一控制阀组，输送到所述第一组执行机构中；所述被调压后的第二液体从所述第二负载敏感泵输出后，经过所述第二控制阀组，输送到所述第二组执行机构中；其中，所述第一组执行机构中的驱动装置不同于所述第二组执行机构中的驱动装置。
例如，所述第一控制阀组包括多个第一控制阀，所述第二控制阀组包括多个第二控制阀；所述第一负载敏感控制装置还包括第一压力比较阀，第一压力比较阀与所述多个第一控制阀连通，用于比较所述多个第一控制阀中的所述第二液体的压力，并且将所述第一组执行机构所需的第一最高液体压力反馈给所述第一负载敏感泵，所述第一负载敏感泵根据所述第一最高液体压力调整所述第二液体的压力；所述第二负载敏感控制装置还包括第二压力比较阀，第二压力比较阀与所述多个第二控制阀连通，用于比较所述多个第二控制阀中的所述第二液体的压力，并且将所述多个第二组执行机构所需的第二最高液体压力反馈给所述第二负载敏感泵，所述第二负载敏感泵根据所述第二最高液体压力调整所述第二液体的压力。
例如，所述主动力总成还包括：变速箱，设置在所述第一动力源和所述柱塞泵之间；以及排气装置，所述排气装置与所述第一动力源的第一端相连，所述第一动力源的第二端与所述变速箱相连；其中，所述第一组执行机构包括用于第一动力源的驱动装置、用于散热装置的驱动装置和用于润滑装置的驱动装置；所述第二组执行机构包括用于排气装置的驱动装置。
例如，所述负载敏感系统还包括储液箱，用于储存所述第二液体；所述至少一个负载敏感泵包括第一负载敏感泵和第二负载敏感泵，所述第一负载敏感泵和所述第二负载敏感泵均与所述储液箱连接，用于吸入所述第二液体；所述第一负载敏感泵调节所述第二液体压力并且将被调压后的所述第二液体提供给所述第一负载敏感控制装置，所述第二负载敏感泵调节所述第二液体压力并且将被调压后的所述第二液体提供给所述第二负载敏感控制装置。
例如，所述第一动力源包括空压机导叶阀；所述辅助动力总成还包括减压装置，所述减压装置连通于所述第二控制阀组以及所述空压机导叶阀二者；所述第二液体从所述第二控制阀组输出后，经所述减压装置输送到所述空压机导叶阀，所述减压装置配置为控制输送到所述空压机导叶阀中的第二液体的压力为恒定压力Pc。
例如，所述第一负载敏感泵配置为当未接受到液体压力反馈时，所述第一负载敏感泵的出口的待命压力P1；当接收到液体压力信号P时，其出口压力则为P1+P；所述第二负载敏感泵配置为当未接受到液体压力反馈时，所述第一负载敏感泵的出口的待命压力P1+Pc；当接收到液体压力信号P时，其出口压力则为P1+P。
例如，第一液体包括压裂液，第二液体包括液压油；所述第一液体的最高压力为10000psi，最大流量为2.7m3/min，所述液压油的最高压力可达3500psi，最大流量为500L/min。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本公开的一些实施例，而非对本公开的限制。
图1为本公开实施例提供的涡轮压裂设备的结构示意图；
图2为本公开实施例提供的辅助动力总成的结构框图；
图3为根据本公开实施例提供的变量柱塞泵的结构框图；
图4为根据本公开实施例提供的变量柱塞泵的控制装置的截面示意图；
图5为本公开另一实施例提供的涡轮压裂设备的结构示意图；
图6为本公开另一实施例提供的辅助动力总成的结构框图；
图7为本公开另一实施例提供的负载敏感系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则所述相对位置关系也可能相应地改变。
本公开中，涡轮压裂设备包括：主动力总成和辅助动力总成。主动力总成包括涡轮发动机、变速箱和柱塞泵等，由涡轮发动机通过变速箱驱动柱塞泵进行做功。变速箱在运转过程中必须要用一台液压泵泵送变速箱油对其进行强制润滑。柱塞泵在运转过程中也要用一台液压泵泵送柱塞泵润滑油对其进行强制润滑。因动力总成传动功率很大，涡轮发动机机油、变速箱润滑油以及柱塞泵润滑油都需要外置散热器对其进行散热，以保持润滑油温度的稳定。
通常，变速箱润滑液压泵、柱塞泵润滑液压泵以及散热器风扇的驱动方式是分别由三台液压马达进行驱动的。除此之外的执行部件，涡轮发动机排气消音器的两块防雨盖板的开关是分别以两条液压油缸为动力驱动连杆结构实现的。涡轮发动机的启动也是通过液压传动驱动液压马达的方式实现的。在涡轮发动机启动时，不允许柱塞泵运转，此时变速箱的刹车也是通过液压驱动刹车钳的方式实现的。
由此可见，在涡轮压裂设备的辅助动力总成中，包括柱塞泵润滑液压泵、变速箱润滑液压泵、润滑油散热器风扇、排气消音器盖板的两个油缸、涡轮发动机启动马达、变速箱刹车钳在内的多个执行部件各自均需要连接一个液压泵。液压泵将机械能转换为液压能用于驱动相应的执行部件。此种方式的优点是液压泵消耗的功率与执行部件所需功率相适应，可减少系统总功率的损耗浪费。缺点是，需要有多台液压泵安装在分动箱上，会导致分动箱体积过大，加之匹配多台液压泵，使压裂设备造价成本很高。
为解决以上问题，提出一种改进的方案。将发动机输出轴直接驱动一台或两台变量柱塞泵(如用到两台变量柱塞泵，则两台柱塞泵采用一前一后的安装方式，靠近发动机的一台带辅助安装法兰，用来驱动后面的柱塞泵)将机械能转换为液压能，通过各个控制阀将液压能分配到各个执行部件。工作时，液压泵始终保持一恒定压力，此压力为所有执行部件中所需的最高工作压力，通过各个控制阀控制液压泵输出的流量。此种方式的特点是，液压泵数量少，液压泵可通过转换法兰与发动机连接，省去了分动箱，整体造价更低。而且，各控制阀可根据执行部件的工作情况控制液压泵输出流量。此种方式的缺点是，工作过程中各执行部件负载有所变化时，但液压泵始终保持设定的恒定压力，此时系统功率损耗大，液压系统能耗经济性差。
本公开至少一实施例提供一种涡轮压裂设备，包括：主动力总成，包括第一动力源、连接到所述第一动力源的柱塞泵，所述第一动力源向所述柱塞泵提供动力输出，所述柱塞泵输出第一液体；辅助动力总成，包括第二动力源、连接到所述第二动力源的负载敏感系统、以及辅助动力装置，所述第二动力源向所述负载敏感系统提供动力输出，所述负载敏感系统连接于所述辅助动力装置并且输出用于所述辅助动力装置的第二液体，所述第一液体不同于所述第二液体，并且所述第一液体和所述第二液体具有一定的压力；其中，所述负载敏感系统配置为根据辅助动力装置所需的所述第二液体的压力，实时调整所输出的第二液体的压力。
在本公开至少一个实施例提供的涡轮压裂设备中，通过将负载敏感系统应用于涡轮压裂设备，可使负载敏感系统输出的液体压力始终与辅助动力装置所需的实际压力相关联，即负载敏感系统能根据辅助动力装置所需的液体压力对第二液体的压力进行实时调整。这样，负载敏感系统可以在涡轮压裂设备不同的作业阶段始终输出最经济的压力。相比较于柱塞泵出口始终为恒定最高压力的这种方式，降低了系统功率的损耗和浪费。
下面通过几个具体的实施例对本公开进行说明。为了保持本公开实施例以下的说明清楚且简明，可省略已知功能和已知部件的详细说明。当本公开实施例的任一部件在一个以上的附图中出现时，该部件在每个附图中可以由相同的参考标号表示。
图1为本公开实施例提供的涡轮压裂设备的结构示意图；图2为本公开实施例提供的辅助动力总成的结构框图。
如图1和图2所示，本公开至少一实施例提供一种涡轮压裂设备，包括主动力总成1和辅助动力总成2。
如图1所示，主动力总成1包括涡轮发动机11(即第一动力源、柱塞泵12、变速箱13、排气消音器14(即排气装置)、传动轴15(即传动装置)和进气装置16。
例如，第一动力源包括发动机。发动机可以是柴驱发动机，也可以是电驱发动机，电驱发动机例如为涡轮发动机。本实施例以涡轮发动机11为例进行描述。
例如，涡轮发动机11的第一端连接排气消音器14，涡轮发动机11的第二端连接变速箱13。排气消音器14的作用是降低涡轮发动机的环境噪音，其可设置有第一盖板141和第二盖板142，用于防止环境中的杂物落入排气消音器中。
例如，变速箱13设置在涡轮发动机11和柱塞泵12之间。变速箱的主要作用是改变传动比，扩大转矩和转速的变化范围，以适应不同工况条件，同时使涡轮发动机在有利的工况下工作。涡轮发动机11通过变速箱13驱动柱塞泵12进行做功。当柱塞泵12自身带变速箱时，涡轮发动机11可直接与柱塞泵12的变速箱输入端连接。例如，变速箱包括减速箱。
例如，传动轴15可设置在变速箱13和柱塞泵12之间，传动轴的主要作用是与变速箱13一起将涡轮发动机11的动力传递给柱塞泵12，使柱塞泵12产生驱动力。
在上述主动力总成中，涡轮发动机11向柱塞泵12提供动力输出，使柱塞泵12对第一液体进行加压，经过加压后第一液体泵送到油井中，以实现压裂作业。
例如，主动力总成1还包括润滑装置102。润滑装置102包括用于润滑柱塞泵12的柱塞泵润滑组件111和用于润滑变速箱13的变速箱润滑组件112。
例如，柱塞泵润滑组件111的作用是给柱塞泵12提供润滑剂，并且具有密封、冷却、清洁、防腐防锈等作用。
变速箱润滑组件112的作用是给变速箱13提供润滑剂，并且具有密封、冷却、清洁、防腐防锈等作用。例如，润滑剂包括润滑油，包括但不限于矿物润滑油、合成润滑油、半合成润滑油等。
例如，主动力总成1还包括散热装置103。散热装置103包括用于给润滑剂散热的润滑剂散热组件113。由于在润滑油的泵送马达工作过程中也会产生大量的热量，因此，润滑剂散热组件113分别与柱塞泵润滑组件111和变速箱润滑组件112连接，以实现对柱塞泵润滑组件111和变速箱润滑组件112的散热。
如图2所示，辅助动力总成2包括发动机21(即第二动力源)、连接到发动机21的负载敏感系统22、以及连接到负载敏感系统22的辅助动力装置23。辅助动力总成2的主要作用是向主动力总成1提供辅助动力。
如图2所示，负载敏感系统22可包括负载敏感泵25和与负载敏感泵25连接的负载敏感控制装置26。负载敏感泵25例如为变量柱塞泵250。在辅助动力总成2中，发动机21向变量柱塞泵250提供动力输出，变量柱塞泵250从储存有第二液体的储液缸(图中未示出)中吸出第二液体，然后对第二液体进行加压，并且输出到辅助动力装置23中。随后，辅助动力装置23再给主动力总成提供辅助动力。
本公开实施例中，由于第二液体和第一液体用于不同的应用环境且其发挥的作用不同，第二液体不同于第一液体。也就是说，第二液体的材料不同于第一液体的材料，第二液体的压力和流量也不同于第一液体的压力和流量。
例如，第一液体包括压裂液，经柱塞泵12加压后，第一液体的最大压力可达10000psi，最大流量可达2.7m3/min。第二液体包括液压油，经过变量柱塞泵250加压后，第二液体的最高压力可达3500psi，最大流量可达500L/min。
如图2所示，负载敏感控制装置26可包括控制阀组，控制阀组包括多个控制阀221至227。辅助动力装置23包括多个执行机构，多个控制阀221至227与多个执行机构一一对应地连接。这样，经变量柱塞泵250调压后的第二液体通过多个控制阀221至227输送到多个执行机构中。
可以理解的是，本公开实施例中，控制阀和执行机构之间以及控制阀与变量柱塞泵之间均设置有输液管路，用于输送第二液体。对于输液管路的类型、材料以及具体分布，本公开实施例不做具体限定，只要适于输送液体到目标位置即可。
如图2所示，多个执行机构包括第一动力源驱动装置231、润滑组件驱动装置232、散热组件驱动装置233、以及用于排气消音器14的第一油缸234和第二油缸235。
例如，第一动力源驱动装置231与涡轮发动机11连接，用于驱动涡轮发动机11。例如，第一动力源驱动装置231为涡轮发动机驱动马达。这样，经变量柱塞泵250加压后的第二液体，通过控制阀226输送到涡轮发动机驱动马达。
例如，润滑泵驱动装置232包括第一润滑驱动组件211和润滑泵驱动装置232。经变量柱塞泵250加压后的第二液体，通过控制阀221输送到第一润滑驱动组件211。第一润滑驱动组件211例如为第一润滑泵驱动马达，第一润滑泵驱动马达连接于柱塞泵润滑组件111，例如连接于柱塞泵润滑组件111中的第一润滑泵(未示出)。第一润滑泵的作用是给柱塞泵12提供润滑剂。这样，通过将加压后的第二液体注入到第一润滑泵驱动马达中，使第一润滑泵驱动马达提供稳定的动力输出。
例如，润滑泵驱动装置232包括第一润滑驱动组件212。经变量柱塞泵250加压后的第二液体，通过控制阀222输送到第二润滑驱动组件212。第二润滑驱动组件212例如为第二润滑泵驱动马达(未示出)，第二润滑泵驱动马达连接于变速箱润滑组件112，例如连接于变速箱润滑组件112中的第二润滑泵(未示出)。第二润滑泵的作用是给变速箱13提供润滑剂。这样，通过将加压后的第二液体注入到该第二润滑泵驱动马达中，使第二润滑泵驱动马达提供稳定的动力输出。
例如，散热组件驱动装置233例如为散热器风扇马达，用于驱动主动力总成1的润滑剂散热组件113。经变量柱塞泵250加压后的第二液体，通过控制阀223输送到散热器风扇马达。通过将加压后的第二液体注入到散热器风扇马达中，使散热器风扇马达提供稳定的动力输出。
例如，排气消音器14的每个盖板设置有一个用于驱动盖板的油缸。如图2所示，第一油缸234用于驱动第一盖板141的移动或旋转，第二油缸235用于驱动第二盖板142的移动或旋转。通过第一盖板141、第二盖板142的运动，可遮盖排气消音器14的出口，以防止杂物落入其中。经变量柱塞泵250加压后的第二液体，通过控制阀224、225分别输送到第一油缸234、第二油缸235中。这样，通过将加压后的第二液体注入到第一油缸234和第二油缸235中，为盖板141和142提供了稳定的动力输出。
例如，控制阀227与变速箱13的刹车钳131连接，用于驱动刹车钳131。经变量柱塞泵250加压后的第二液体，通过控制阀227注入到刹车钳131上，保证了刹车钳131的正常工作。
图3为根据本公开实施例提供的变量柱塞泵的结构框图。图4为根据本公开实施例提供的变量柱塞泵的控制装置的截面示意图。
如图3和图4所示，例如，变量柱塞泵250带有负载敏感功能。例如，变量柱塞泵250中设置有控制装置251，控制装置251包括低压阀芯LS和高压阀芯PS，低压阀芯LS可设定变量柱塞泵的待命压力P1，高压阀芯PS可设定变量柱塞泵的最高压力P2。
结合图2和图4，控制装置251可设置有一个负载感应口253。该负载感应口253与负载敏感控制装置26相连，用于接收由负载敏感控制装置26反馈的多个执行机构所需要的最高液体压力。当负载感应口253压力为0时，变量柱塞泵出口的最高压力为P1(约为300psi左右)，变量柱塞泵250实现低压待命状态。当负载感应口253感应到压力为P时，此时变量柱塞泵出口压力为P1+P。随着感应压力P的逐渐增大，直至压力达到P2，即P1+P＝P2。通过上述方式，变量柱塞泵250可根据辅助动力装置23所需的第二液体的压力，实时调整变量柱塞泵250输出的第二液体的压力。
例如，控制装置251还可设置端口252，该端口252与变量柱塞泵250的出口相连，用于检测从变量柱塞泵输出的第二液体的压力。
如图2所示，负载敏感控制装置26还可包括压力比较阀231至236，压力比较阀231至236与多个控制阀221至227连通，用于比较多个控制阀221至227中的第二液体的压力，并且将多个执行机构所需的最高液体压力反馈给负载敏感泵25。
例如，至少一个压力比较阀设置在相邻两个控制阀之间。例如，压力比较阀236设置在控制阀226、227之间，用于比较控制阀226、227中的第二液体的压力，并且将二者中的较高者作为第一压力信号输出到压力比较阀235中。例如，压力比较阀235设置在控制阀225、226之间，用于将控制阀225中的第二液体的压力与第一压力信号进行比较，并且将二者中的较高者作为第二压力信号输出到压力比较阀234中……。依此类推，直到在最后一个压力比较阀231执行比较后，将具有最高液体压力的信号传输到负载感应口253，通过负载感应口253传输到变量柱塞泵250的控制装置251中，由此实时调整变量柱塞泵250输出的第二液体的压力。因此，通过上述方式，可使负载敏感系统输出的液体压力始终与辅助动力装置所需的实际压力相关联，从而在涡轮压裂设备不同的作业阶段始终输出最经济的压力，降低了系统功率的损耗和浪费。
例如，当控制阀组所连接的所有执行部件都不动作时，变量柱塞泵250的出口压力为P1，此时处于低压待命状态。当多个执行部件中有一个动作时，此时负载敏感控制装置26会将该执行部件动作时所需的压力P反馈到变量柱塞泵250，变量柱塞泵输出的压力为P1+P；由于单个执行部件工作时不同阶段所需的压力不同，所以随着P1数值的变化，变量柱塞泵250输出的压力也随之变化。
当两个或更多个执行部件动作时，由于不同执行部件工作时，控制阀之间压力也存在差异，但因负载敏感控制装置26中的压力比较阀的存在，变量柱塞泵250始终能接受到来自负载敏感控制装置26反馈出来的执行部件所需的最高压力Pmax，因此变量柱塞泵250输出的压力为P1+Pmax，因变量柱塞泵250控制模块中高压阀芯PS对变量柱塞泵250的最高压力P2的限制，P1+Pmax始终会小于或等于P2。
可见，通过将负载敏感系统应用于涡轮压裂设备中，可使变量柱塞泵250输出的压力始终与执行部件所需的实际压力相关联，设备在不同的作业阶段，变量柱塞泵250始终输出最经济的压力，大大减小动力源的功率浪费。
图2中仅示出了一台变量柱塞泵控制一个控制阀组，并且仅示出了控制阀组包含的七个控制阀分别控制七个执行部件。然而，可以理解的是，本领域技术人员可根据实际需求来改变变量柱塞泵的数量、控制阀组的数量、控制阀的数量、执行部件的数量来形成类似的负载敏感系统，只要该负载敏感系统应用于涡轮压裂设备中，均可实现本公开的目的。
本公开实施例中，当执行部件的数量较多，且所需液体的排量较大时，可设置两个以上变量柱塞泵和两个以上负载敏感控制装置。由此，可以满足不同工况条件，提供更经济的作业方式。
图5为本公开另一实施例提供的涡轮压裂设备的结构示意图。图6为本公开另一实施例提供的辅助动力总成的结构框图。图7为本公开另一实施例提供的负载敏感系统的结构示意图。
如图5至图7所示，本公开至少一实施例提供一种涡轮压裂设备，包括辅助动力总成3和主动力总成4。
如图5所示，主动力总成4包括涡轮发动机41(即第一动力源)、柱塞泵42、变速箱43、排气消音器44(即排气装置)、传动轴45(即传动装置)和进气装置46。
本实施例中，有关主动力总成4中的涡轮发动机41、柱塞泵42、变速箱43、排气消音器44、传动轴45和进气装置46的具体结构和工作原理可参考前面实施例中相同部件的描述，此处不再赘述。
如图6所示，辅助动力总成3包括发动机31(即第二动力源)、连接到发动机31的负载敏感系统32、以及连接到负载敏感系统32的辅助动力装置33。辅助动力总成3的主要作用是向主动力总成4提供辅助动力。
如图6和图7所示，例如，负载敏感系统32可包括两个负载敏感泵，例如第一变量柱塞泵351和第二变量柱塞泵352。负载敏感系统还包括储液箱34，用于储存第二液体。第一变量柱塞泵351和第二变量柱塞泵352均与储液箱34连接，用于吸入第二液体。
例如，发动机31向第一变量柱塞泵351和第二变量柱塞泵352提供动力输出，第一变量柱塞泵351和第二变量柱塞泵352从储液箱34吸入第二液体后对第二液体进行加压，随后输出到辅助动力装置33中。辅助动力装置33给主动力总成提供辅助动力。
例如，辅助动力装置33包括第一组执行机构301和第二组执行机构30。第一组执行机构301中的驱动装置和第二组执行机构302中的驱动装置可以相同，也可以不同。当执行机构的数量较大时，通过将第一组执行机构301中的驱动装置设置为不同于第二组执行机构302中的驱动装置，可以使液压油由不同的变量柱塞泵输出到不同的执行机构的组中，由此可满足不同执行机构中所需的不同液体流量和压力，降低能耗上的浪费。
例如，负载敏感系统32包括第一负载敏感控制装置361和第二负载敏感控制装置362。第一负载敏感控制装置361与第一变量柱塞泵351连接并且包括第一控制阀组371。第一控制阀组371与第一组执行机构301连接，用于将第一变量柱塞泵351输出的第二液体提供给第一组执行结构301。第二负载敏感控制装置362与第二变量柱塞泵352连接并且包括第二控制阀组372。第二控制阀组372与第二组执行机构302连接，用于将第二变量泵输出的第二液体提供给第二组执行结构302。
如图7所示，第一控制阀组371包括多个第一控制阀T1、T2、T3、T4、T5、T6，第二控制阀组372包括多个第二控制阀T7、T8、T9、T10、T11、T12。图7中上述控制阀的编号T1至T12与图5中各执行部件的编号相对应，形成驱动关系。
例如，第一组执行机构包括用于第一动力源的驱动装置、用于散热装置的驱动装置和用于润滑装置的驱动装置。进一步地，例如，如图5所示，第一控制阀T1驱动连接于液压油\涡轮发动机润滑油\减速箱油的散热器M1的风扇马达。第一控制阀T2驱动连接于柱塞泵润滑油的散热器M2的风扇马达。第一控制阀T3驱动涡轮发动机启动马达。第一控制阀T4驱动连接于减速箱润滑泵M4的驱动马达。第一控制阀T5驱动用于涡轮发动机舱体411的换气扇马达。第一控制阀T6驱动连接于柱塞泵高压润滑泵M6的驱动马达。
本实施例中，第一组执行机构301中的驱动装置不同于第二组执行机构302中的驱动装置。例如，第二组执行机构302包括用于排气装置的驱动装置。进一步地，例如，如图5所示，第二控制阀T7驱动连接于柱塞泵低压润滑泵M7的驱动马达。第二控制阀T8驱动连接于涡轮发动机燃油泵M8的驱动马达。第二控制阀T9驱动连接于空气压缩机M9的驱动马达。第二控制阀T10驱动连接于排气消音器44的第一盖板441的油缸。第二控制阀T11驱动连接于排气消音器44的第二盖板442的油缸。第二控制阀T12控制变速箱43的刹车钳。
例如，第一负载敏感控制装置361还可包括第一压力比较阀321，第一压力比较阀321与多个第一控制阀T1～T6连通，用于比较多个第一控制阀T1～T6中的第二液体的压力，并且将第一组执行机构301所需的第一最高液体压力反馈给第一变量柱塞泵351。
例如，第二负载敏感控制装置362还可包括第二压力比较阀322，第二压力比较阀322与多个第二控制阀T7～T12连通，用于比较多个第二控制阀T7～T12中的第二液体的压力，并且将多个第二组执行机构302所需的第二最高液体压力反馈给第二变量柱塞泵352。
本实施例中，第一最高液体压力和第二最高液体压力可以相同，也可以不同，二者的数值需根据具体执行机构来确定。
本实施例中，有关第一变量柱塞泵351和第二变量柱塞泵352的具体结构和工作原理可参考前面实施例中的相关描述，此处不再赘述。有关第一控制阀T1～T6和第二控制阀T7～T12的具体结构和工作原理可参考前面实施例中的相关描述，此处不再赘述。有关第一压力比较阀321和第二压力比较阀322的具体结构和工作原理可参考前面实施例中的相关描述，此处不再赘述。
本公开实施例中，压力比较阀231至236、第一压力比较阀321、第二压力比较阀322例如为梭阀。在工作过程中，相邻两路控制阀中的两个负载压力分别引入梭阀中，两两进行比较，通过多个梭阀，最终可输出压力最高的物理信号。
例如，如图5和图7所示，涡轮发动机41还可包括空压机导叶阀410。辅助动力总成还包括减压装置323，减压装置323连通于第二控制阀组372以及空压机导叶阀410二者。第二液体从第二控制阀组372输出后，经减压装置323输送到空压机导叶阀410。减压装置323配置为控制输送到空压机导叶阀410中的第二液体的压力为恒定压力Pc。
本实施例中，减压装置例如为减压阀。减压阀5为涡轮发动机的CGV(CompressorGuide Vane)控制阀供油。CGV为涡轮发动机压缩空气进气叶片，其角度可通过执行器进行改变，执行器是通过液压阀来进行控制的。CGV控制阀对供油油源的要求是：持续恒定的压力500psi。因此在供油管路中，设置了减压阀5，并将减压阀5出口的压力引入第二控制阀组372中，当其他部件都不动作时，第二控制阀组372将500psi的负载压力反馈给第二变量柱塞泵352。
这样，对于第一变量柱塞泵351来说，当未接受到液体压力反馈时，第一变量柱塞泵351的出口的待命压力P1；当接收到液体压力信号P时，其出口压力则变为P1+P。对于第二变量柱塞泵352来说，为当未接受到液体压力反馈时，第一负载敏感泵的出口的待命压力P1+Pc；当接收到液体压力信号P时，其出口压力则变为P1+P。Pc例如等于减压阀的出口压力，例如500psi。
在本公开至少一个实施例提供的涡轮压裂设备中，通过将负载敏感系统应用于涡轮压裂设备，可使负载敏感系统输出的液体压力始终与辅助动力装置所需的实际压力相关联，即负载敏感系统能根据辅助动力装置所需的液体压力对第二液体的压力进行实时调整。这样，负载敏感系统可以在涡轮压裂设备不同的作业阶段始终输出最经济的压力。相比较于柱塞泵出口始终为恒定最高压力的这种方式，降低了系统功率的损耗和浪费。
本文中，有以下几点需要注意：
(1)本公开实施例附图只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。
(2)在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。
(3)以上所述仅是本公开的示范性实施方式，而非用于限制本公开的保护范围，本公开的保护范围由所附的权利要求确定。
以上，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (13)

1.一种涡轮压裂设备，包括：
主动力总成，包括第一动力源、连接到所述第一动力源的柱塞泵，所述第一动力源向所述柱塞泵提供动力输出，所述柱塞泵输出第一液体；
辅助动力总成，包括第二动力源、连接到所述第二动力源的负载敏感系统、以及辅助动力装置，所述第二动力源向所述负载敏感系统提供动力输出，所述负载敏感系统连接于所述辅助动力装置并且输出用于所述辅助动力装置的第二液体，所述第一液体不同于所述第二液体，并且所述第一液体和所述第二液体具有一定的压力；
其中，所述负载敏感系统配置为根据辅助动力装置所需的所述第二液体的压力，实时调整所输出的第二液体的压力。
2.根据权利要求1所述的涡轮压裂设备，其中：
所述辅助动力装置包括向所述主动力总成提供辅助动力的多个执行机构，所述多个执行机构包括第一动力源驱动装置、润滑组件驱动装置和散热组件驱动装置；
所述负载敏感系统包括：
负载敏感泵，提供所述第二液体；以及
负载敏感控制装置，与所述负载敏感泵连接并且包括控制阀组，所述控制阀组与所述第一动力源驱动装置、所述润滑组件驱动装置和所述散热组件驱动装置连接；
被调压后的所述第二液体从所述负载敏感泵输出后，经过所述控制阀组，输送到所述第一动力源驱动装置、所述润滑组件驱动装置和所述散热组件驱动装置中。
3.根据权利要求2所述的涡轮压裂设备，
其中，所述主动力总成还包括：
变速箱，设置在所述第一动力源和所述柱塞泵之间；
润滑装置，包括用于润滑所述柱塞泵的柱塞泵润滑组件和用于润滑所述变速箱的变速箱润滑组件；以及
散热装置，包括用于给润滑剂散热的润滑剂散热组件；
其中，所述第一动力源驱动装置驱动所述第一动力源；所述润滑泵驱动装置包括第一润滑驱动组件和第二润滑驱动组件，所述第一润滑驱动组件驱动所述柱塞泵润滑组件，所述第二润滑驱动组件驱动所述变速箱润滑组件；所述散热组件驱动装置驱动所述润滑剂散热组件。
4.根据权利要求3所述的涡轮压裂设备，
其中，所述主动力总成还包括：
排气装置，所述排气装置与所述第一动力源的第一端相连，所述第一动力源的第二端与所述变速箱相连；
其中，所述辅助动力总成的多个执行机构还包括用于所述排气装置的油缸；
其中，所述控制阀组还与所述油缸连接并且用于驱动所述油缸，所述控制阀组还与所述变速箱的刹车钳连接并且用于驱动所述刹车钳。
5.根据权利要求2所述的涡轮压裂设备，其中：
所述控制阀组包括多个控制阀，
所述负载敏感控制装置还包括压力比较阀，所述压力比较阀与所述多个控制阀连通，用于比较所述多个控制阀中的所述第二液体的压力，并且将所述多个执行机构所需的最高液体压力反馈给所述负载敏感泵，所述负载敏感泵根据所述最高液体压力调整所述第二液体的压力。
6.根据权利要求5所述的涡轮压裂设备，其中：
所述负载敏感泵配置为：当未接受到液体压力信号时，所述负载敏感泵的出口的待命压力P1；当接收到液体压力信号P时，其出口压力则为P1+P。
7.根据权利要求1所述的涡轮压裂设备，
其中，所述辅助动力装置包括：第一组执行机构和第二组执行机构，
其中，所述负载敏感系统包括：
至少一个负载敏感泵，提供所述第二液体；
第一负载敏感控制装置，与所述至少一个负载敏感泵连接并且包括第一控制阀组，所述第一控制阀组与所述第一组执行机构连接；以及
第二负载敏感控制装置，与所述至少一个负载敏感泵连接并且包括第二控制阀组，所述第二控制阀组与所述第二组执行机构连接；
其中，被调压后的所述第二液体从所述第一负载敏感泵输出后，经过所述第一控制阀组，输送到所述第一组执行机构中；所述被调压后的第二液体从所述第二负载敏感泵输出后，经过所述第二控制阀组，输送到所述第二组执行机构中；
其中，所述第一组执行机构中的驱动装置不同于所述第二组执行机构中的驱动装置。
8.根据权利要求7所述的涡轮压裂设备，其中：
所述第一控制阀组包括多个第一控制阀，所述第二控制阀组包括多个第二控制阀；
所述第一负载敏感控制装置还包括第一压力比较阀，第一压力比较阀与所述多个第一控制阀连通，用于比较所述多个第一控制阀中的所述第二液体的压力，并且将所述第一组执行机构所需的第一最高液体压力反馈给所述第一负载敏感泵，所述第一负载敏感泵根据所述第一最高液体压力调整所述第二液体的压力；
所述第二负载敏感控制装置还包括第二压力比较阀，第二压力比较阀与所述多个第二控制阀连通，用于比较所述多个第二控制阀中的所述第二液体的压力，并且将所述多个第二组执行机构所需的第二最高液体压力反馈给所述第二负载敏感泵，所述第二负载敏感泵根据所述第二最高液体压力调整所述第二液体的压力。
9.根据权利要求8所述的涡轮压裂设备，
其中，所述主动力总成还包括：
变速箱，设置在所述第一动力源和所述柱塞泵之间；以及
排气装置，所述排气装置与所述第一动力源的第一端相连，所述第一动力源的第二端与所述变速箱相连；
其中，所述第一组执行机构包括用于第一动力源的驱动装置、用于散热装置的驱动装置和用于润滑装置的驱动装置；所述第二组执行机构包括用于排气装置的驱动装置。
10.根据权利要求7所述的涡轮压裂设备，其中：
所述负载敏感系统还包括储液箱，用于储存所述第二液体；
所述至少一个负载敏感泵包括第一负载敏感泵和第二负载敏感泵，所述第一负载敏感泵和所述第二负载敏感泵均与所述储液箱连接，用于吸入所述第二液体；
所述第一负载敏感泵调节所述第二液体压力并且将被调压后的所述第二液体提供给所述第一负载敏感控制装置，所述第二负载敏感泵调节所述第二液体压力并且将被调压后的所述第二液体提供给所述第二负载敏感控制装置。
11.根据权利要求10所述的涡轮压裂设备，其中：
所述第一动力源包括空压机导叶阀；
所述辅助动力总成还包括减压装置，所述减压装置连通于所述第二控制阀组以及所述空压机导叶阀二者；
所述第二液体从所述第二控制阀组输出后，经所述减压装置输送到所述空压机导叶阀，
所述减压装置配置为控制输送到所述空压机导叶阀中的第二液体的压力为恒定压力Pc。
12.根据权利要求11所述的涡轮压裂设备，其中：
所述第一负载敏感泵配置为当未接受到液体压力反馈时，所述第一负载敏感泵的出口的待命压力P1；当接收到液体压力信号P时，其出口压力则为P1+P；
所述第二负载敏感泵配置为当未接受到液体压力反馈时，所述第一负载敏感泵的出口的待命压力P1+Pc；当接收到液体压力信号P时，其出口压力则为P1+P。
13.根据权利要求1至12任一项所述的涡轮压裂设备，其中：
第一液体包括压裂液，第二液体包括液压油；
所述第一液体的最高压力为10000psi，最大流量为2.7m3/min，所述液压油的最高压力可达3500psi，最大流量为500L/min。
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