CN116418137A - 永磁电机驱动的大功率压裂橇 - Google Patents

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朱浩铭
杨强
郗秦阳
席建秋
唐霄
周青
李磊
戴启平
李华川
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China National Petroleum Corp
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Abstract

本发明公开了永磁电机驱动的大功率压裂橇，包括橇底座，橇底座的两端通过螺栓固定有压裂泵和永磁电机，永磁电机通过传动轴连接压裂泵，永磁电机的上方设置有控制系统，压裂泵上还设置有排出管汇和吸入管汇，橇底座通过支架固定有集成式散热系统；集成式散热系统包括散热风扇，散热风扇的上方设置有膨胀水箱，散热风扇的下方设置有散热器，散热器分为两个独立式油散热器a和一个水散热器b，水散热器b通过管路依次连通循环水泵和永磁电机并构成闭合回路。本发明采用永磁电机驱动压裂泵，压裂泵润滑油及永磁电机定子冷却水采用集成式散热系统散热，达到降低噪音、提高防护等级和方便移运的效果，特别适合我国非常规油气开发大规模压裂需求。

Description

永磁电机驱动的大功率压裂橇
技术领域
本发明属于油气田压裂设备技术领域，涉及一种永磁电机驱动的大功率压裂撬。
背景技术
压裂橇是油气田压裂增产作业的核心装备，电驱压裂橇以其功率大、成本低、绿色环保的突出优势更符合当前非常规油气大规模、低碳绿色开采的需求，近几年实现了批量化推广应用，成为压裂装备发展的主流方向。
我国的页岩气开发主要集中在川渝地区，压裂井场靠近居民住房，噪音扰民的问题长期存在，现有电驱压裂橇相对于柴油压裂装备虽然作业噪音大幅度降低，但仍大于90分贝，同样影响居民生活。现有的大功率电驱压裂橇的主电机采用风冷异步电机，主要噪音来源于异步电机的散热风机，受散热量和外形尺寸限制，散热风机很难进一步降噪。其次，由于需要通入大量冷空气实现主电机定子和转子散热，主电机的防护等级较低，灰尘进入电机内部将导致电机发热甚至故障停机。最后，现有大功率电驱压裂橇的重量大，实际使用中运输困难，设备需进一步减重以提高移运性能。
结合上述现实情况分析，如何降低大功率电驱压裂橇的噪音、提高主电机防护等级、提升主电机的功率密度实现整机减重是急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种永磁电机驱动的大功率压裂橇，解决了现有技术中存在的压裂橇噪音大、防护等级低和移运性能差的问题。
本发明所采用的技术方案是，永磁电机驱动的大功率压裂橇，包括橇底座，橇底座的两端分别固定有压裂泵和永磁电机，压裂泵和永磁电机之间设置有润滑系统，永磁电机通过传动轴连接压裂泵，永磁电机上还设置有控制系统，压裂泵上还设置有排出管汇和吸入管汇，橇底座通过支架固定有集成式散热系统，集成式散热系统设置在润滑系统相对应的位置；集成式散热系统包括散热器，散热器的顶部设置有散热风扇和膨胀水箱，散热器分为两个独立式油散热器a和一个水散热器b，两个独立式油散热器a和一个水散热器b并列安装在同一平面上且水散热器b位于两个独立式油散热器a之间；水散热器b通过管路依次连通循环水泵和永磁电机的定子冷却管路并构成水循环路；两个独立式油散热器a依次连接压裂泵和润滑系统并构成油循环路。
本发明的特点还在于：
压裂泵为五缸柱塞泵。
永磁电机采用水冷结构，极数为6，且定子冷却水套采用轴向型结构，冷却水管的进、出口在电机轴伸端。
散热器为卧式结构。
散热风扇为吸风型，且数量为2台。
膨胀水箱的顶部设计有一个加注口。
膨胀水箱的底部与水散热器b连通。
循环水泵设置在永磁电机相对应位置。
吸入管汇中段设置有圆柱形过滤桶，过滤桶一端密封，一端设置有可拆卸的密封由壬，过滤桶内部沿轴向通过卡槽安装有过滤板，过滤桶外部沿径向设置有压裂液的进出口。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种永磁电机驱动的大功率压裂橇，单机功率大于5000hp，采用永磁电机驱动压裂泵，压裂泵润滑油及永磁电机定子冷却水采用集成式散热系统散热，相比于现有大功率电驱压裂橇异步电机的散热风机，整机噪音可大幅度降低，解决了设备作业时噪音扰民的问题。同时，永磁电机具有功率密度大、效率高、防护等级高的特性，采用永磁电机驱动的电驱压裂橇重量更轻、更节能、可适应恶劣的工作环境，特别适合我国非常规油气开发大规模压裂需求。
附图说明
图1是本发明永磁电机驱动的大功率压裂橇的结构示意图；
图2是本发明永磁电机驱动的大功率压裂橇的俯视图；
图3是本发明压裂橇中集成式散热系统结构示意图；
图4是本发明压裂撬中吸入管汇结构示意图。
图中，1.橇底座，2.压裂泵，3.永磁电机，4.集成式散热系统，5.润滑系统，6.控制系统，7.排出管汇，8.吸入管汇，9.传动轴，401.散热风扇，402.散热器，403.膨胀水箱，404.循环水泵，801.过滤桶，802.过滤板，803.密封由壬。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明永磁电机驱动的大功率压裂橇，如图1所示，包括采用钢焊接成的橇底座1，橇底座1的两端通过螺栓固定有压裂泵2和永磁电机3，压裂泵2为五缸柱塞泵，永磁电机3的极数为6，采用水冷结构，永磁电机3的定子冷却水套采用轴向型结构，冷却水管的进、出口在电机轴伸端；永磁电机3通过传动轴9直接驱动压裂泵2；集成式散热系统4为卧式结构，通过支架与橇底座1相连，用于压裂泵2和永磁电机3工作时散热；润滑系统5 位于压裂泵2和永磁电机3之间；永磁电机3的上方设置有控制系统6，控制系统6用于整机控制；压裂泵2上还设置有排出管汇7和吸入管汇8，实现压裂液的吸入和排出。
如图2、图3所示，集成式散热系统4包括散热风扇401、散热器402、膨胀水箱403、循环水泵404和连接管路组成，其中散热器402分为两个独立式油散热器a402和一个水散热器b 402，两个独立式油散热器a402和一个水散热器b402并列安装在同一平面上且水散热器b402位于两个独立式油散热器a402之间；水散热器b402通过管路依次连通循环水泵404和永磁电机3并构成水路循环；散热风扇401与膨胀水箱403安装在散热器402顶部；散热风扇401的数量为2台，为吸风型，工作时，冷空气先经过散热器402 进行热交换后再经过散热风扇401向上排出；膨胀水箱403顶部设计有一个加注口，用于冷却水加注，膨胀水箱403底部与水散热器b402连通，用于适应冷却水热胀冷缩产生体积变化。
如图4所示，吸入管汇8中设计有圆柱形过滤桶801，过滤桶801沿水平方向设置，一端用密封，一端设置有可拆卸的密封由壬803；过滤桶801 内部通过卡槽安装有过滤板802，可拆卸清理。
本发明的工作原理为：永磁电机3驱动压裂泵2工作，压裂液经吸入管汇8进入压裂泵2增压后经排出管汇7泵入井底，辅助的动力端润滑系统5 和集成式散热系统4保障永磁电机3和压裂泵2正常运行。
本发明永磁电机驱动的大功率压裂橇，其工作过程如下：
永磁电机驱动的大功率压裂橇，通过控制系统6控制永磁电机3，使永磁电机3通过传动轴9直接驱动压裂泵2，压裂泵2通过吸入管汇8将外界的压裂液吸入，吸入的压裂液在吸入管汇8中经过过滤桶801的过滤进入压裂泵2，在压裂泵2的加压之后，又通过排出管汇7泵入井底；在压裂撬工作的过程中，压裂泵2和永磁电机3会产生大量的热量，集成式散热系统4 就同时为压裂泵2的高温润滑油和永磁电机3的高温冷却水散热，集成式散热系统4中循环水泵404安装在永磁电机3顶部，循环水泵404的出口与永磁电机3的冷却水入口连接，永磁电机3冷却水出口与水散热器b 402的入口连接，水散热器b 402的出口与循环水泵404的入口连接，从而组成完整的循环回路，即永磁电机3的循环水路为：循环水泵404—永磁电机3的定子冷却管路—水散热器b 402—循环水泵404；润滑系统5的出口与油散热器 a 402的入口连接，油散热器a 402的出口与压裂泵2的入口连接，压裂泵2 的出口与润滑系统5的入口连接，从而组成完整的循环路，即压裂泵2的润滑油循环油路为：动力端润滑系统5—2组油散热器a 402—压裂泵2—动力端润滑系统5；动力端润滑系统5用于压裂泵2齿轮、轴承、柱塞等运动部件的润滑。
综上所述，本发明永磁电机驱动的大功率压裂橇采用永磁电机驱动压裂泵，压裂泵润滑油及永磁电机定子冷却水采用集成式散热系统散热，整机噪音可大幅度降低；同时，永磁电机具有功率密度大、效率高、防护等级高的特性，采用永磁电机驱动的电驱压裂橇重量更轻，特别适合我国非常规油气开发大规模压裂需求。

Claims (9)

1.永磁电机驱动的大功率压裂橇，其特征在于，包括橇底座(1)，所述橇底座(1)的两端分别固定有压裂泵(2)和永磁电机(3)，所述压裂泵(2)和永磁电机(3)之间设置有润滑系统(5)，所述永磁电机(3)通过传动轴(9)连接压裂泵(2)，所述永磁电机(3)上还设置有控制系统(6)，所述压裂泵(2)上还设置有排出管汇(7)和吸入管汇(8)，所述橇底座(1)通过支架固定有集成式散热系统(4)，所述集成式散热系统(4)设置在润滑系统(5)相对应的位置；所述集成式散热系统(4)包括散热器(402)，所述散热器(402)的顶部设置有散热风扇(401)和膨胀水箱(403)，所述散热器(402)分为两个独立式油散热器a(402)和一个水散热器b(402)，所述的两个独立式油散热器a(402)和一个水散热器b(402)并列安装在同一平面上且水散热器b(402)位于两个独立式油散热器a(402)之间；所述水散热器b(402)通过管路依次连通循环水泵(404)和永磁电机(3)的定子冷却管路并构成水循环路；所述两个独立式油散热器a(402)依次连接压裂泵(2)和润滑系统(5)并构成油循环路。
2.根据权利要求1所述的永磁电机驱动的大功率压裂橇，其特征在于，所述压裂泵(2)为五缸柱塞泵。
3.根据权利要求1所述的永磁电机驱动的大功率压裂橇，其特征在于，所述永磁电机(3)采用水冷结构，极数为6，且定子冷却水套采用轴向型结构，冷却水管的进、出口在电机轴伸端。
4.根据权利要求1所述的永磁电机驱动的大功率压裂橇，其特征在于，所述散热器(402)为卧式结构。
5.根据权利要求1所述的永磁电机驱动的大功率压裂橇，其特征在于，所述散热风扇(401)为吸风型，且数量为2台。
6.根据权利要求1所述的永磁电机驱动的大功率压裂橇，其特征在于，所述膨胀水箱(403)的顶部设计有一个加注口。
7.根据权利要求1或6所述的永磁电机驱动的大功率压裂橇，其特征在于，所述膨胀水箱(403)的底部与水散热器b(402)连通。
8.根据权利要求1所述的永磁电机驱动的大功率压裂橇，其特征在于，所述循环水泵(404)设置在永磁电机(3)相对应位置。
9.根据权利要求1所述的永磁电机驱动的大功率压裂橇，其特征在于，所述吸入管汇(8)中段设置有圆柱形过滤桶(801)，所述滤桶(801)一端密封，一端设置有能拆卸的密封由壬(803)，所述过滤桶(801)内部沿轴向通过卡槽安装有过滤板(802)，所述过滤桶(801)外部沿径向设置有压裂液的进出口。
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