CN116906303A - 用于管理泵负载的系统 - Google Patents

Abstract

示例系统包括具有块体的流体端、形成在块体中的流体入口和形成在块体中的流体出口。该系统还包括流体联接到流体入口的进气歧管，以及流体联接到流体出口和进气歧管的流体管道。该系统还包括：阀，该阀流体联接到流体管道，该阀被配置成控制通过流体管道的流体流动；致动器，该致动器联接到阀并被配置成将阀定位在打开位置或关闭位置；以及控制器，该控制器通信联接到致动器并被配置成将一个或多个信号发送到致动器，致使致动器将阀定位在打开位置或关闭位置。

Description

用于管理泵负载的系统

技术领域

本公开涉及一种泵系统。更具体地，本公开涉及一种系统，该系统使流体在流体端和进气歧管之间循环，以在驱动增产泵的原动机的启动或关停期间卸载增产泵。

背景技术

水力压裂是一种增产技术，该技术通常涉及以特定速率和压力将水力压裂流体泵送到井筒中，该特定速率和压力是在围绕井筒的目标区域的岩层中形成裂缝所必需的。这种增产技术通常增强岩层的自然压裂，以便增加岩层的渗透性，从而增大油、天然气和/或其他流体的采收率。例如，还执行此类技术以提高水井中水的采收率。

为了压裂此类岩层，将水力压裂流体在高压下注入井筒中。通常，使用一系列泵来实现水力压裂流体的这种高压注入。泵系列可以由原动机(例如，柴油发动机、电动机、天然气发动机等)提供动力。在水力压裂过程期间，数个泵同时泵送，数个原动机给泵提供动力。如果所使用的泵中的一个遇到问题并且需要关闭，则可以启动备用泵以维持泵送到井筒中的水力压裂流体的流量。由于泵送到井筒中的水力压裂流体的高压，当原动机以低速操作时，原动机通常缺乏启动备用泵所必需的扭矩。此外，使用电动机，抵抗这样的高压负载来启动备用泵导致高的电需求，这可能生成高水平的热，这可能致使附加问题出现。

在美国专利第10,190,718号(下文称为“'718参考文献”)中描述了示例水力压裂系统。特别地，'718参考文献描述了一种用于水力压裂系统的蓄积器组件，该蓄积器组件可流体连接到水力压裂系统的混合器和压裂泵之间的流动管线。'718参考文献描述了蓄积器组件包括包含加压流体的可加压罐和流体连接到可加压罐的排放端和流动管线的控制阀。'718参考文献描述了当流动管线上的压力小于目标压力时，控制阀打开以将可加压罐流体连接到流动管线。'718参考文献中描述的控制阀在流动管线上的压力大于或基本等于目标压力时关闭。

然而，'718参考文献中描述的水力压裂系统维持水力压裂泵上的负载，除非水力压裂过程终止。因此，为了在水力压裂过程期间启动原动机，'718参考文献中描述的系统需要大量的燃料抵抗这种高负载来启动原动机，并且电动机将需要高功率需求。此外，在这样的高负载下启动或关停原动机可能损害或减少在水力压裂过程中使用的原动机和/或泵的使用寿命。

本公开的示例实施例旨在克服上述缺陷。

发明内容

示例系统包括具有块体的流体端、形成在块体中的流体入口和形成在块体中的流体出口。该系统还包括流体联接到流体入口的进气歧管，以及流体联接到流体出口和进气歧管的流体管道。该系统还包括：阀，该阀流体联接到流体管道，该阀被配置成控制通过流体管道的流体流动；致动器，该致动器联接到阀并被配置成将阀定位在打开位置或关闭位置；以及控制器，该控制器通信联接到致动器并被配置成将一个或多个信号发送到致动器，致使致动器将阀定位在打开位置或关闭位置。

一种示例方法包括：接收流体系统的原动机正在启动的指示，该原动机被配置成经由变速器来驱动泵的操作，该泵包括至少部分地布置在流体端内的柱塞；以及从一个或多个传感器接收传感器数据，传感器数据与原动机、联接到原动机的变速器或联接到变速器的泵中的至少一者相关联。该方法还包括至少部分地基于传感器数据来确定原动机的驱动器速度小于阈值驱动器速度，至少部分地基于传感器数据来确定变速器接合，以及至少部分地基于确定驱动器速度小于阈值驱动器速度以及确定变速器接合，致使致动器将阀定位在打开位置，其中当泵在阀定位在打开位置的同时操作时，流体在流体端的流体出口和流体联接到流体端的进气歧管之间循环。

在另一实例中，流体系统包括具有块体的流体端、形成在块体中的流体入口和形成在块体中的流体出口。该流体系统还包括流体联接到流体入口的进气歧管、流体联接到流体出口的流体歧管，以及流体联接到流体出口和进气歧管的流体管道。该流体系统还包括流体联接到流体管道的阀，该阀被配置成控制通过流体管道的流体流动，以及被配置成将阀定位在打开位置或关闭位置的控制器，其中当阀处于打开位置时，流体被引导通过流体管道，而当阀处于关闭位置时，流体经由流体出口被引导到流体歧管。

附图说明

图1是根据本公开的实例的具有卸载系统的示例流体系统的局部示意图。

图2是根据本公开的实例的具有与其流体联接的卸载系统的示例流体端的横截面示意图。

图3是绘示根据本公开的实例的卸载增产泵的方法的流程图。

图4是根据本公开的实例的图3中所示的流程图的延续并且与卸载增产泵的示例方法相关联。

图5是绘示根据本公开的实例的确定卸载系统的阀的关闭速率的方法的流程图。

具体实施方式

图1描绘了示例流体系统100。图1中所示的流体系统100是油井和气井的井维修、修井或增产系统的一部分。例如，流体系统100在水力压裂系统中实施，该水力压裂系统是一种增产技术，该技术包括以足以在井筒周围的岩层中形成裂缝的速率和压力将水力压裂流体泵送到井筒中。在一些实例中，图1中所示的流体系统100形成水力压裂系统或其他井维修系统的一部分，并且可以包括除图1中所示和所描述的部件之外的附加和/或替代部件。

在一些实例中，流体系统100包括联接到泵104的至少一个原动机102。原动机102经由变速器106联接到泵104，并被配置成驱动泵104的操作。这样，原动机102在本文中也可称为“驱动器”。在一些实例中，原动机102可以是柴油发动机、天然气发动机或其他类型的内燃发动机。或者，原动机102可以是电动机。在一些实例中，系统100包括一个或多个传感器108，一个或多个传感器108被配置成生成与原动机102相关联的传感器数据。例如，传感器108可以确定原动机102的驱动轴110旋转的速度，并且传感器108可以生成表示驱动轴110的速度的驱动器速度数据。在一些实例中，传感器108可以向流体系统100的控制器112提供驱动器速度数据。一个或多个传感器108还可生成与原动机102相关联的驱动器负载数据或其他类型的数据并将数据传送到控制器112。

原动机102可以间接地联接(例如，经由变速器106)或直接地联接到泵104并且可以被配置成驱动泵104。然而，在一些实例中，原动机102可直接联接到泵104。在任一实例中，原动机102和/或变速器106可形成流体系统100的动力总成。在一些实例中，泵104可以是水力压裂泵(或其他类型的井维修泵或修井泵)。泵104可包括各种类型的大容量水力压裂泵，如三缸泵、五缸泵或其他类型的水力压裂泵。附加地和/或替代地，泵104包括其他类型的往复式正排量泵或齿轮泵。在流体系统100中实施的泵的数量和泵104(或多个泵)的设计可以根据将被水力压裂的岩层的压裂梯度、在流体系统100中使用的泵104的数量、完成水力压裂所必需的流量、完成水力压裂所必需的压力等而变化。流体系统100包括任意数量的泵104，以便以预定的速率和压力泵送水力压裂流体。流体系统100的确切构型随地点而变化。

在一些实例中，流体系统100的传感器108可以生成与泵104相关联的传感器数据。例如，传感器108可以确定表示泵104的曲轴、柱塞或其他部件的速度的泵速度。此外，传感器108还可以生成与泵104相关联的泵负载数据或其他类型的数据，并且可以将此类数据传送到控制器112。

如前所提及，原动机102可经由变速器106间接联接到泵104。这样，变速器106被配置成接收原动机102的驱动轴110。然而，在一些实例中，原动机102可以直接联接到泵104，并且变速器106可以省略。在一些实例中，变速器106接收以第一速度旋转的驱动轴并且可以将旋转能量传递到以第二速度旋转的变速器106的输出轴114。根据变速器106的传动比(或速比)，第二速度可以不同于第一速度。然而，在一些实例中，变速器106的传动比(或速比)可被选择为以基本类似(或相同)的旋转速度将旋转能量从原动机102的驱动轴110传递到变速器106的输出轴114。在一些实例中，变速器106可以是各种类型的变速器。例如，变速器106可以包括齿轮变速器、液压机械变速器、无级变速器(CVT)、具有变速器的液压平行路径变速器，或其他类型的变速器。

在一些实例中，流体系统100的传感器108可以生成与变速器106相关联的传感器数据。例如，传感器108可以确定变速器106的变速器状态，该变速器状态指示变速器是接合还是脱离接合(例如，处于空档状态)。此外，传感器108可以确定变速器106的传动比(或速比)和/或可以确定输入轴(例如，驱动轴110)速度和/或输出轴114速度。传感器108还可以生成与变速器106相关联的其他类型的数据，并且可以将与变速器106相关联的传感器数据传送到控制器112。

在一些实例中，流体系统100可以包括多个控制器112，这些控制器从流体系统100接收数据并且被配置成自动地和/或用用户输入来控制流体系统100的至少一部分操作，如将在本文中进一步描述的。虽然本文中的描述可以描述单个控制器112，但是应当理解，可以使用多个控制器112来执行本文中描述的动作。这样，多个控制器112彼此通信联接以协调流体系统100的操作。

在一些实例中，控制器112可以是例如硬件电子控制模块(ECM)或其他电子控制单元(ECU)。控制器112包括例如微控制器、一个或多个处理器、存储器(例如RAM)、被配置成执行所描述的控制器112的功能的存储器(例如EEPROM或闪存)。控制器112自动地和/或用用户输入控制流体系统100的至少一部分操作。代替ECM/ECU或除ECM/ECU之外，控制器112可以包括通用计算机微处理器，该通用计算机微处理器被配置成执行存储在存储器中的计算机程序指令(例如，应用程序)以执行所公开的控制器112的功能。如上所提及，控制器112包括存储器、辅助存储装置、处理器和/或用于运行应用程序的任何其他计算部件。各种其他电路可与控制器112相关联，如电源电路系统、信号调节电路系统、螺线管驱动器电路系统、致动器驱动器电路系统或其他电路系统。在一些实例中，控制器112和/或控制器112的一部分部件可以远离流体系统100确定位置并且可以通信联接到流体系统100。

如前所提及，控制器112可以从流体系统100的部件接收各种类型的数据。此外，控制器112可以向流体系统100的各个部件提供指令。例如，控制器112可从原动机102的传感器108接收驱动器速度数据和/或可接收变速器传动比数据、变速器状态数据或与变速器106相关联的其他数据。控制器112还可以向原动机102提供操作指令，并且在一些实例中，控制器112可以基于从传感器108接收的信息和/或基于其他信息(例如，储存在上述存储器中的一个或多个控制映射、算法或规则)来生成此类指令。在本文所描述的任何实例中，控制器112可被配置成在流体系统100执行的各种任务期间控制原动机102的操作。例如，控制器112可被配置成启动或关停原动机102。

在一些实例中，泵104包括至少一个柱塞(例如，关于图2示出和描述的元件200)，该柱塞至少部分地布置在流体端116内并且可在流体端116内移动。柱塞200可在流体端116内移动，以经由一个或多个流体入口118将流体从被配置成将水力压裂流体分配到流体端116内的一个或多个腔室的进气歧管120抽吸到流体端116中。进气歧管120可以从流体源接收流体，该流体源可以包括一个或多个水箱、混合器、水合单元、液体添加剂系统、漏斗等。柱塞200还可在流体端116内移动，以转移流体端116内的流体，直到流体端116内的流体压力达到和/或超过阈值压力，从而致使流体流出流体端116的第一流体出口122。在一些实例中，流体从第一流体出口122流到流体歧管124，流体歧管124从一个或多个流体端接收加压流体并将流体引导到井口126，在井口126处流体被注入井筒中。这种将流体抽吸到流体端116中并通过第一流体出口122转移流体的过程在本文中可称为流体系统100的“正常操作”。

在一些实例中，流体系统100还包括卸载系统128。卸载系统128可被配置成允许流体在流体端116和进气歧管120之间循环。例如，卸载系统128可以包括流体联接或连接到进气歧管120和流体端116的第二流体出口132的流体管道130。卸载系统128还可包括被配置成控制通过流体管道130的流体流动的阀134。例如，当阀134关闭时，流体通过第一流体出口122被引导朝向流体歧管124和井口126。然而，当阀134打开时，流体流动通过流体端116的第二流体出口132并回到进气歧管120，在进气歧管120处，流体可再次被抽吸到流体端116中。在一些实例中，卸载系统128可以包括被配置成控制通过流体管道130的流体流动的一个或多个阀134(“阀134”)。例如，卸载系统128可以包括第一阀，第一阀阻塞通过卸载系统128的流动以减少通过流体管道的流体能量，这可以允许第二阀关闭，防止通过流体管道130的流体流动。

在一些实例中，阀134可在原动机102启动、关停或在原动机102的其他操作期间打开。当阀134定位在打开位置时操作泵104允许流体在流体端116和进气歧管120之间循环。另外，当阀134定位在打开位置时操作泵104可防止在原动机102启动或关停时通过流体端116的第一流体出口122的流体流动。第一流体出口122和第二流体出口132流体联接。在一些实例中，流体系统100内的压力差可以使得当阀134打开时，流体流动通过第二流体出口132以再循环到进气歧管120，而不是流动通过第一流体出口122。然而，当阀134关闭时，流体通过第一流体出口122转移到流体歧管124。当原动机102启动、关停或以其他方式操作时打开阀134可减少当原动机102加速或关停时施加在原动机102和/或泵104上的负载。在减少的负载下启动或关停原动机102可显着地减少燃料消耗、减少电功率需求、允许原动机102在负载之前达到额定速度和扭矩，和/或可延长原动机102和/或泵104的寿命。

在一些实例中，阀134可以是旋塞阀、闸阀、截止阀、球阀或其他类型的阀。此外，卸载系统128包括一个或多个致动器136(“致动器136”)，该致动器联接到阀134上并且被配置成使阀134在打开位置、关闭位置和/或在打开位置与关闭位置之间的中间位置之间移动。致动器136可包括一个或多个电子致动器、液压致动器、气动致动器或被配置成致动阀134的其他类型的致动器。

在一些实例中，卸载系统128通信联接到控制器112。例如，控制器112可以被配置成控制致动器136的致动。这样，控制器112可以被配置成经由致动器136的致动将阀134定位在打开位置或关闭位置。在一些实例中，控制器112向致动器136发送一个或多个信号，这些信号致使致动器136打开或关闭阀134。在一些实例中，控制器112可以控制阀134完全关闭或打开的关闭时间或打开时间，以便在原动机102驱动泵104时减少赋予在原动机102上的负载。例如，控制器112可以致使阀134在大约2秒和大约15秒之间、在大约3秒和大约10秒之间，或在大约4秒和大约7秒之间打开或关闭。然而，应当理解，控制器112可以在大于或小于前述间隔的时间间隔期间打开或关闭阀134。此外，控制器112可以被配置成将第一阀定位在减少通过卸载系统128的流体流动的位置并且可以被配置成完全关闭第二阀以便防止通过流体管道130的流体流动。在一些实例中，在关闭第二阀之前减小经由第一阀的流动可以降低赋予在流体系统100中的泵104、原动机102、阀134本身或其他部件上的负载增大率。

如前所述，控制器112从流体系统100的一个或多个传感器108接收传感器数据。传感器数据可以指示原动机102的驱动器速度、变速器106的变速器状态、泵104的泵负载或速度，或者指示流体系统100的其他参数。控制器112可以被配置成至少部分地基于传感器数据来控制卸载系统128的操作。例如，控制器112被配置成当驱动器速度数据指示驱动器速度低于阈值驱动器速度时和/或当变速器状态指示变速器接合时指示致动器136打开阀134。相反地，控制器112可被配置成当驱动器速度数据指示驱动器速度等于或大于阈值驱动器速度时和/或当变速器状态指示变速器接合时指示致动器136关闭阀134。

在一些实例中，一旦驱动器速度达到阈值驱动器速度，原动机102就能够以所需扭矩、泵速度、泵速率或其他参数来驱动泵104的操作。一旦控制器112在泵104操作时将阀134定位在关闭位置，流体系统100可引导流体经由第一流体出口122从流体端116排出。然而，在一些实例中，控制器112可以由操作控制器112以控制卸载系统128的操作的用户手动操作。此外，控制器112可以从系统100的一个或多个其他传感器接收附加的传感器数据。例如，系统100可接收与系统的一个或多个部件相关联的压力数据、与泵104和/或原动机102相关联的负载数据，和/或与系统100相关联的其他数据。除了驱动器速度数据之外或代替驱动器速度数据，控制器112可以至少部分地基于附加的传感器数据来控制卸载系统128的操作。

如前所述，卸载系统128可被配置成在原动机102启动、关停或以其他方式操作时打开阀134。然而，一旦原动机102达到阈值速度，卸载系统128可以关闭阀134，这可以致使流体系统100允许流体经由第一流体出口122从流体端116排出。根据本公开，泵104(例如，包括卸载系统128)可以独立于系统压力(例如，泵104下游的流体压力)来操作。因此，与泵104相关联的原动机102可加速到抵抗小于对应于系统压力的操作负载的减少的负载的操作速度和操作扭矩。在减少的负载下启动或关停原动机102可显着地减少燃料消耗、减少电功率需求，和/或可延长原动机102和/或泵104的寿命。

图2描绘了流体端116的具有流体联接到流体端116的卸载系统128的示意图表示的横截面示意图。如前所提及，泵104包括布置在流体端116内的一个或多个柱塞200。当泵104操作时，泵104驱动柱塞200往复运动。例如，泵104至少部分地在流体端116内沿第一方向202和与第一方向202相反的第二方向204移动柱塞200。在一些实例中，泵104可以被配置成在往复方向上移动柱塞200以便允许流体进入流体端116中并且将流体泵送出流体端116。例如，当泵104沿第一方向202移动柱塞200时，柱塞200允许流体从进气歧管120通过吸入阀206流动进入流体端116中。进气歧管120被配置成将水力压裂流体分配到流体端116内的一个或多个腔室。进入进气歧管120的流体源可以包括一个或多个水箱、混合器、水合单元、液体添加剂系统等。

此外，当泵104沿第二方向204移动柱塞200时，柱塞200转移流体、增大流体的压力，直到流体达到预定压力。一旦流体达到预定压力，流体端116内的排出阀208(在图3中进一步示出)打开并允许流体从流体端116移动到流体歧管124中。在一些实例中，流体歧管124从一个或多个流体端接收加压流体并将流体引导到井口126，在井口126处，流体被注入到井筒中。

在一些实例中，流体端116包括块体210，块体210具有形成在流体端116的块体210中的一个或多个孔(或流体通道)。块体210可由不锈钢、碳钢或其他材料形成。在一些实例中，流体端116包括形成在块体210中的吸入孔212。当柱塞200沿第一方向202移动时，吸入孔212提供用于流体进入流体端116的流体通道。吸入孔212包括布置在吸入孔212内的吸入阀206。吸入阀206被配置成控制流体流动进入流体端116中。例如，当柱塞200沿第一方向202移动时，柱塞200的移动致使泵室214中的流体压力低于吸入孔212中的致使吸入阀206打开的流体压力，从而允许流体进入流体端泵室214中。相反，当柱塞200沿第二方向204移动时，吸入阀206保持关闭，允许柱塞200转移流体端116内的流体。

流体端116还包括形成在块体210中的排出孔216。根据阀134的位置，排出孔216提供用于将流体从流体端116排出到流体排出歧管124或排出到卸载系统128的流体通道。排出孔216包括布置在排出孔216内的排出阀208。排出阀208被配置成控制来自流体端116的流体流动。例如，当柱塞200通过沿第二方向204移动而转移流体时，排出阀208保持关闭，直到流体已达到预定压力。一旦流体达到预定压力，加压流体致使排出阀208打开，允许流体从流体端116排出。

流体端116还包括形成在块体210中的柱塞孔218。柱塞孔218的尺寸设置成至少部分地在其中容纳泵104的柱塞200。如前所提及，柱塞200可在柱塞孔218内沿第一方向202和第二方向204移动，以允许流体经由吸入孔212进入流体端116中并经由排出孔216从流体端116排出流体。

流体端116还包括布置在吸入孔212和排出孔216之间的泵室214。泵室214是形成在流体端116中的腔室，泵室214至少部分地由吸入孔212、排出孔216、柱塞孔218和吸入盖孔138的会聚部分形成。在一些实例中，柱塞200转移泵室214中的流体直到流体达到预定压力，这致使排出阀208打开，从而允许流体经由排出阀208离开泵室214。

流体系统100还包括卸载系统128。卸载系统128可被配置成在原动机102启动、关停或以其他方式操作时将阀134维持在打开位置。当原动机102启动、关停或以其他方式操作时打开阀134可减少当原动机102加速或关停时施加在原动机102和/或泵104上的负载。在减少的负载下启动或关停原动机102可显着地减少燃料消耗、减少电功率需求、允许原动机102在负载之前达到额定速度和扭矩，和/或可延长原动机102和/或泵104的寿命。在一些实例中，卸载系统128包括多个阀。例如，卸载系统128可以包括第一阀134(1)，该第一阀134(1)可以定位成阻塞通过卸载系统128的流动以减少通过流体管道130的流体能量。减少通过流体管道130的流体流动可以允许第二阀134(2)在减少的流体流动下完全关闭，从而防止通过流体管道130的流体流动。在这种构型中，第一阀134(1)布置在第二阀134(2)的上游。

如前所提及，流体系统100内的压力差可以使得当阀134打开时，流体流动通过第二流体出口132以再循环到进气歧管120，而不是流动通过第一流体出口122。然而，当阀134关闭时，流体通过第一流体出口122转移到流体歧管124。在一些实例中，流体系统100可以包括另一阀220，阀220可以打开或关闭以便将流动引导到流体歧管124或引导回到进气歧管120。阀220的操作可由控制器112以与阀134类似的方式控制。

在一些实例中，控制器112从原动机102的一个或多个传感器108接收驱动器速度数据。传感器数据可包括指示原动机102的驱动器速度(例如，发动机或电动机速度)的驱动器速度数据。控制器112可以被配置成至少部分地基于驱动器速度数据来控制卸载系统128的操作。例如，控制器112可被配置成当驱动器速度数据指示驱动器速度低于阈值驱动器速度时打开阀134。然而，在一些实例中，控制器112被配置成不考虑驱动器速度和/或结合从变速器106接收的可以指示变速器106的状态或传动比的传感器数据将阀定位在打开位置或关闭位置。此外，控制器112可被配置成将一个或多个阀134定位在部分打开和/或部分关闭位置，以减少通过流体管道130的流体流动的量。在一些实例中，一旦控制器112将这些阀中的一个定位在部分打开或部分关闭位置以减少通过流体管道130的流体流动的量，控制器112就可以完全关闭另一阀。在一些实例中，虽然控制器112被描述为将阀134定位在打开位置或关闭位置，但应理解的是，用户可以手动控制此类操作。

在一些情况下，当驱动器速度低于阈值驱动器速度时，原动机102可以启动或关停。这样，控制器112可以打开阀134以便卸载泵104。例如，当原动机102启动或关停时打开阀134允许原动机102在减少的负载下启动或关停。换句话说，不是必须将流体泵送到预定压力以通过排出阀208排出流体，而是流体在泵室214和进气歧管120之间循环。在一些实例中，控制器112可打开阀134达到与启动原动机102和原动机102的驱动器速度达到阈值驱动器速度之间的时间相关联的时间量。时间量可以在大约1秒和大约20秒之间、在大约2秒和大约15秒之间，或在大约3秒和大约10秒之间。然而，在一些实例中，控制器112可以打开阀达到大于或小于前述范围的时间量。在任何实例中，时间量可以取决于传感器数据和如本文进一步描述的由控制器做出的各种确定。

在一些实例中，控制器112被配置成当传感器数据指示驱动器速度基本等于或大于阈值驱动器速度时和/或当传感器数据指示变速器106接合时关闭阀134。在一些情况下，一旦驱动器速度达到阈值驱动器速度和/或变速器106接合，原动机102就能够以所需扭矩、泵速度、泵速率或其他参数驱动泵104的操作。一旦控制器112在泵104操作时关闭阀134，流体系统100可恢复“正常操作”。例如，在“正常操作”下，当泵104沿第一方向202移动柱塞200时，泵室214中的压力可变得低于进气歧管120中的流体的压力，这致使吸入阀206打开，从而允许流体通过吸入阀206从进气歧管120进入流体端116中。当柱塞200开始沿第二方向204移动时，吸入阀206可关闭，防止流体通过吸入孔212返回。照此，致动器136可以被配置成关闭阀134，使得流体系统100能够不受卸载系统128阻碍地恢复“正常操作”。

附加地或替代地，一旦原动机102的驱动器速度低于阈值驱动器速度，并且时间量是在驱动器速度低于阈值驱动器速度和驱动器速度达到大约每分钟0转(RPM)的驱动器速度(或其他第二阈值速度)之间的时间，控制器112可以打开阀134。在减少的负载下启动或关停原动机102可显着地减少燃料消耗、减少电功率需求、允许原动机102在负载之前达到额定速度和扭矩，和/或可延长原动机102和/或泵104的寿命。

图3绘示了用于卸载被配置成驱动泵104的操作的原动机102的示例性方法300。示例方法被绘示为逻辑流程图中的步骤集合，步骤集合表示可以在硬件、软件或其组合中实施的操作。在软件的上下文中，步骤表示储存在存储器中的计算机可执行的指令。此类计算机可执行的指令可以包括执行特定功能或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等。描述操作的顺序不旨在被解释为限制，并且可以以任何顺序和/或并行地组合任何数量的所描述的步骤来实现该过程。出于讨论的目的，并且除非另有说明，方法300是参照系统100、原动机102、泵104、一个或多个传感器108、控制器112、流体端116及其部件，以及卸载系统128(包括第一阀134(1)和/或第二阀134(2))来描述的。特别地，除非另有说明，为了便于描述，方法300将在下面描述为由控制器112执行。附加地和/或替代地，方法300的至少一部分可以通过经由控制器112和/或包括在系统100的各个部件上的一个或多个用户界面的用户输入来执行。

参照图3，在302，方法300包括确定启动原动机102。在一些实例中，用户可以确定启动原动机102并且可以致使原动机102启动。附加地或替代地，控制器112(或流体系统100的另一控制器，如专用原动机ECM、ECU或其他控制器)接收指令以启动原动机102。在一些实例中，用户可经由开关、用户界面或向控制器112提供指令以启动原动机102的其他可选控件来提供用户输入。附加地或替代地，控制器112可以从被配置成控制水力压裂过程的至少一部分的计算装置接收指令以启动电动机。

在304处，控制器112从流体系统100接收传感器数据。例如，控制器112可以从流体系统100的一个或多个传感器108接收传感器数据。传感器数据可以指示来自原动机102的一个或多个传感器108的驱动器速度数据。在一些实例中，驱动器速度数据表示原动机102的驱动轴110的旋转速度，并且可以以每分钟转数(RPM)表示。附加地或替代地，传感器数据可以与泵104相关联，并且可以指示表示泵104的曲轴、柱塞或其他部件的速度的泵速度。此外，传感器108还可以生成与泵104相关联的泵负载数据或其他类型的数据并将数据传送到控制器112。附加地或替代地，在一些实例中，传感器数据可以与变速器106相关联。例如，传感器108可以确定变速器106的变速器状态，该变速器状态指示变速器是接合还是脱离接合(例如，处于空档状态)。此外，传感器108可以确定变速器106的传动比(或速比)和/或可以确定输入轴(例如，驱动轴110)速度和/或输出轴114速度。传感器108还可以生成与变速器106相关联的其他类型的数据，并且可以将与变速器106相关联的传感器数据传送到控制器112。然而，在一些实例中，一个或多个信号表示与振动(与流体端116、泵104和/或原动机102相关联)、压力(与流体端116和/或泵104相关联)相关联的一个或多个参数，或者与流体系统100相关联的一个或多个其他参数。

在306处，控制器112确定原动机102的操作是否满足第一阈值。例如，控制器112可确定原动机102是否启动以及原动机102的驱动器速度是否基本等于或大于第一阈值驱动器速度。确定驱动器速度基本等于或大于第一阈值驱动器速度可指示原动机102已达到“怠速”或可小于原动机102的操作速度的其他阈值驱动器速度。

如本文所述，“基本等于”可意指驱动器速度在以下范围内：大约50RPM的阈值驱动器速度、大约100RPM的阈值驱动器速度、大约250RPM的阈值驱动器速度，或大约500RPM的阈值驱动器速度。然而，上述范围仅作为实例给出，并且“基本相等”可包括大于或小于上述范围的驱动器速度。附加地和/或替代地，在306处，控制器112可以确定先前提及的参数(例如，振动、压力或其他参数)中的一个或多个是否满足阈值。在一些实例中，控制器112可以确定多个参数是否满足多个相应的阈值，并且可以基于确定多个参数是否满足其相应的阈值来控制卸载机构的操作(自动地、半自动地或经由用户输入手动地)。

如果控制器112在306处确定原动机102的操作不满足第一阈值(步骤：306–否)，则过程300返回到304，并且控制器112继续接收传感器数据。在一些实例中，当控制器112确定不满足某些标准时(例如，步骤306至310)，控制器112可以维持阀134的当前位置。在304处，控制器112可继续接收传感器数据，并在306处确定原动机102的操作是否满足第一阈值。

然而，如果控制器112在306处确定原动机102的操作满足第一阈值(步骤：306–是)，则过程300前进到308，在308处，控制器112确定变速器106是否处于预热模式。在一些实例中，变速器106可以在变速器106可以在正常操作条件下操作之前操作一段时间。这样，控制器112可以至少部分地基于传感器数据来确定变速器是否处于预热模式。

如果控制器112在308处确定变速器处于预热模式(步骤：308–是)，则过程300返回到304，并且控制器112继续接收传感器数据。然而，如果控制器112在308处确定变速器未处于预热模式(步骤：308–否)，则过程300继续到310，在310处，控制器310确定变速器106是否接合。在一些实例中，当原动机102满足第一阈值但尚未满足第二阈值(在本文中进一步描述)时，变速器106可接合，但变速器106可仅以特定传动比(或速比)接合。例如，控制器112可以允许变速器106以第一传动比(或相当的速比)接合，但可以防止变速器106以其他传动比接合。

如果控制器在310处确定变速器脱离接合(步骤：310–否)，则过程返回到304，并且控制器112继续接收传感器数据。然而，如果控制器112在310处确定变速器接合(步骤：310–是)，则过程300到312，在312处控制器112致使阀134打开。在一些实例中，致使阀134打开包括经由控制器112向将阀134定位在打开位置的致动器136发送一个或多个信号。在一些实例中，控制器112自动地(或除用户输入之外)向致动器136发送一个或多个信号。然而，在一些实例中，用户可以操作或以其他方式向致使致动器136打开阀134的控制器112提供输入。在任一实例中，控制器112可以致使致动器136打开阀134。在一些实例中，当阀134打开时，控制器112可以防止变速器106改变传动比(或速比)。

图4中的流程图400继续说明方法300。在402处，控制器112继续从流体系统100的一个或多个传感器108接收传感器数据。在404处，控制器112确定原动机102的操作是否满足第二阈值。例如，控制器112可以确定原动机102是否正在启动以及原动机102的驱动器速度是否基本等于或大于第二阈值驱动器速度。确定驱动器速度基本等于或大于第二阈值驱动器速度可指示原动机102已达到可大于原动机102的怠速(例如，第一阈值)的原动机102的操作速度。附加地和/或替代地，在404处，控制器112可以确定先前提及的参数(例如，振动、压力或其他参数)中的一个或多个是否满足阈值。在一些实例中，控制器112可以确定多个参数是否满足多个相应的阈值，并且可以基于确定多个参数是否满足其相应的阈值来控制卸载机构的操作(自动地、半自动地或经由用户输入手动地)。

如果控制器112在404处确定原动机102的操作不满足第二阈值(步骤：404–否)，则过程400返回到402，并且控制器112继续接收传感器数据。在一些实例中，当控制器112确定不满足某些标准时(例如，步骤404)，控制器112可以维持阀134的当前位置。在402处，控制器112可继续接收传感器数据，并在404处确定原动机102的操作是否满足第二阈值。

然而，如果控制器112在404处确定原动机102的操作满足第二阈值(步骤：404–是)，则过程400进行到406，在406处控制器112致使阀134关闭。在一些实例中，致使阀134关闭包括经由控制器112向将阀134定位在关闭位置的致动器136发送一个或多个信号。在一些实例中，控制器112自动地(或除用户输入之外)向致动器136发送一个或多个信号。然而，在一些实例中，用户可以操作或以其他方式向致使致动器136关闭阀134的控制器112提供输入。在任一实例中，控制器112可致使致动器136关闭阀134。在一些实例中，当阀134关闭时，控制器112可以防止变速器106改变传动比(或速比)。此外，在406处，控制器112可以致使第一阀134(1)部分地关闭(或部分地打开)以便减少通过流体管道130的流体流动，并且一旦流体流动已经由第一阀134(1)减少，控制器112可以致使第二阀134(2)关闭。

图5绘示了用于确定卸载系统128的阀134的关闭速率的示例性方法500。示例方法被绘示为逻辑流程图中的步骤集合，步骤集合表示可以在硬件、软件或其组合中实施的操作。在软件的上下文中，步骤表示储存在存储器中的计算机可执行的指令。此类计算机可执行的指令可以包括执行特定功能或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等。描述操作的顺序不旨在被解释为限制，并且可以以任何顺序和/或并行地组合任何数量的所描述的步骤来实现该过程。出于讨论的目的，并且除非另有说明，方法500是参照系统100、原动机102、泵104、一个或多个传感器108、控制器112、流体端116及其部件，以及卸载系统128(包括第一阀134(1)和/或第二阀134(2))来描述的。特别地，除非另有说明，为了便于描述，方法500将在下面描述为由控制器112执行。附加地和/或替代地，方法500的至少一部分可以通过经由控制器112和/或包括在系统100的各个部件上的一个或多个用户界面的用户输入来执行。

参照图5，在502处，方法500包括开始关闭阀134。在一些实例中，方法500的步骤502可以是图3至图4中示出和描述的过程的延续。例如，步骤502可以是步骤406的延续，在406处控制器致使阀134关闭。附加地或替代地，在一些实例中，控制器112可以接收阀134开始关闭的指示，并且控制器112可以独立于图3至图4中示出和描述的过程开始关闭阀134。

在504处，控制器112从流体系统100接收传感器数据。例如，控制器112可以从流体系统100的一个或多个传感器108接收传感器数据。传感器数据可以指示来自原动机102的一个或多个传感器108的驱动器速度数据。在一些实例中，驱动器速度数据表示原动机102的驱动轴110的旋转速度，并且可以以每分钟转数(RPM)表示。传感器数据还可以包括与原动机102相关联的负载数据。例如，负载数据可以包括当原动机102运行时施加在原动机102上的扭矩和/或力。

附加地或替代地，传感器数据可以与泵104相关联，并且可以指示表示泵104的曲轴、柱塞或其他部件的速度的泵速度。此外，传感器108还可以生成与泵104相关联的泵负载数据或其他类型的数据并将数据传送到控制器112。例如，传感器数据可以包括指示流体端116下游的流体的流体压力的泵排出压力。此外，传感器数据可以包括指示当泵104操作时施加在泵104上的力的泵负载数据。

附加地或替代地，在一些实例中，传感器数据可以与变速器106相关联。例如，传感器108可以确定变速器106的变速器状态，该变速器状态指示变速器是接合还是脱离接合(例如，处于空档状态)。此外，传感器108可以确定变速器106的传动比(或速比)和/或可以确定输入轴(例如，驱动轴110)速度和/或输出轴114速度。传感器108还可以生成与变速器106相关联的其他类型的数据，并且可以将与变速器106相关联的传感器数据传送到控制器112。

此外，传感器数据可以与卸载系统128相关联。例如，传感器数据可以指示流体管道130内的流体压力。此外，传感器数据可以指示穿过阀134的流体速率。然而，在一些实例中，传感器数据可以表示与振动(与流体端116、泵104和/或原动机102相关联)、压力(与流体端116和/或泵104相关联)相关联的一个或多个参数，或者与流体系统100相关联的一个或多个其他参数。

在506处，控制器112确定阀的阀位置。控制器112至少部分地基于在504处接收的传感器数据来确定阀134的阀位置。在一些实例中，阀位置可以指示阀134相对于关闭和/或打开位置的位置。例如，阀位置可以指示阀134是5％关闭的和/或95％打开的。然而，阀位置可以关于相对于打开和/或关闭位置的角度和/或关于流体能够流动通过的阀的开口的尺寸来确定。

在508处，控制器112确定流体系统100的一个或多个参数。在一些实例中，控制器112至少部分地基于在504处接收的传感器数据和/或在506处确定的阀位置来确定一个或多个参数。例如，控制器112可以确定与原动机102相关联的一个或多个参数。在一些实例中，控制器112可确定施加在原动机102上的负载，该负载可包括当原动机102操作时施加在原动机上的扭矩和/或力。控制器112可以至少部分地基于传感器数据和/或阀位置来确定施加在原动机102上的当前负载和/或施加在原动机上的预测的负载。在一些实例中，控制器112可以确定施加在原动机102上的与随时间的阀位置相比的负载，并且控制器112可以外推负载与阀位置的比较以预测施加在原动机102上的负载。在一些实例中，控制器112可以依赖于一个或多个数据映射、查找表、神经网络、算法、机器学习算法、一个或多个模型、数据层、预测层和/或可以储存在控制器112的存储器中的与操作条件和流体系统100有关的其他部件。此外，在一些实例中，控制器112可至少部分地基于当前负载、随时间的负载和/或预测的负载来确定赋予在原动机102上的负载改变(例如，增大或减小)的速率。

此外，在一些实例中，控制器112可以确定与泵104相关联的一个或多个参数。例如，控制器112可以确定表示流体端116下游的流体的流体压力的泵排出压力。在一些实例中，控制器112可以确定当前泵负载、预测的泵负载、当前排出压力和/或预测的排出压力。在一些实例中，控制器112可以确定与随时间的阀位置相比的泵负载和/或泵排出压力，并且控制器112可以外推泵负载和/或泵排出压力与阀位置的比较以预测泵负载和/或泵排出压力。在一些实例中，控制器112可以依赖于一个或多个数据映射、查找表、神经网络、算法、机器学习算法、一个或多个模型、数据层、预测层和/或可以储存在控制器112的存储器中的与操作条件和流体系统100有关的其他部件。此外，在一些实例中，控制器112可以至少部分地基于当前泵负载和/或泵排出压力、随时间的泵负载和/或泵排出压力和/或预测的泵负载和/或预测的泵排出压力来确定泵负载和/或泵排出压力变化(例如，增大或减小)的速率。

此外，在一些实例中，控制器112可以确定表示泵104的曲轴、柱塞或其他部件的速度的泵速度。附加地或替代地，在一些实例中，控制器112还可以确定流动通过阀134的流体的体积流量和/或穿过阀134的流体的流体速率。在一些实例中，控制器112确定流动通过阀134的流体的当前体积流量、穿过阀134的流体的当前流体速率、流动通过阀134的流体的预测的体积流量，和/或穿过阀134的流体的流体速率。控制器112可以依赖于一个或多个数据映射、查找表、神经网络、算法、机器学习算法、一个或多个模型、数据层、预测层和/或可以储存在控制器112的存储器中的与操作条件和流体系统100有关的其他部件。此外，在一些实例中，控制器112可以确定体积流量和/或流体速率改变(例如，增大或减小)的速率。

在512处，控制器112确定在510处确定的一个或多个参数是否低于阈值。例如，控制器112可以确定原动机负载是否低于预定阈值。在一些实例中，确定原动机负载是否低于预定阈值可以包括确定：当前原动机负载是否低于预定阈值，预测的原动机负载是否低于预定阈值，和/或原动机负载变化率(例如，增大原动机负载或减小原动机负载)是否低于预定阈值。

附加地或替代地，在一些实例中，控制器112可以确定泵负载是否低于预定阈值。例如，确定泵负载是否低于预定阈值可以包括确定：当前泵负载是否低于预定阈值，预测的泵负载是否低于预定阈值，和/或泵负载变化率(例如，增大泵负载或减小泵负载)是否低于预定阈值。附加地或替代地，控制器112可以确定泵排出压力是否低于预定阈值。确定泵排出压力是否低于预定阈值可以包括确定：当前泵排出压力是否低于预定阈值，预测的泵排出压力是否低于预定阈值，和/或泵排出压力变化率(例如，增大泵排出压力或减小泵排出压力)是否低于预定阈值。

附加地或替代地，在一些实例中，控制器112可以确定流动通过阀134的流体的体积流量和/或穿过阀134的流体的流体速率是否低于预定阈值。确定流动通过阀134的流体的体积流量和/或穿过阀134的流体的流体速率是否低于预定阈值可以包括确定：当前体积流量和/或当前流体速率是否低于预定阈值，预测的体积流量和/或预测的流体速率，和/或体积流量变化率和/或流体速率变化率(例如，增大体积流量和/或增大流体速率或减小体积流量和/或减小流体速率)是否低于预定阈值。

如果控制器112在512处确定一个或多个参数不低于阈值(步骤：512–否)，则过程继续到514，在514处控制器112降低阀134的关闭速率。减小阀134的关闭速率可确保赋予在原动机102、泵104和/或变速器106上的负载不会在阀134关闭时过快地增大。一旦控制器112降低阀134的关闭速率，过程500返回到504，在504处控制器112接收传感器数据，并且控制器112可以继续监测系统100的参数以确定参数是否低于预定阈值。

然而，如果控制器112在512处确定一个或多个参数低于阈值(步骤：512–是)，则过程继续到516，在516处控制器112维持阀134的关闭速率516。在518处，控制器112完全关闭阀134并且系统100可以继续操作。

工业实用性

本公开提供一种用于在驱动泵的原动机的启动或关停期间卸载泵的系统和机构。该系统可用于多种应用。例如，该系统用于气体、油和水力压裂应用。该系统包括卸载系统，该卸载系统提供流体管道，该流体管道将流体端流体连接到进气歧管，从而当一个或多个阀打开时允许流体在流体管道和进气歧管之间循环。当原动机驱动泵时，在阀打开的情况下启动或关停原动机减少了赋予在原动机上的负载。此外，在减少的负载下启动或关停原动机可显着地减少燃料消耗、减少电功率需求和/或可延长原动机和/或泵的寿命。

根据一些实施例，系统100包括控制器112，控制器112被配置成将一个或多个阀134定位在打开位置或关闭位置。当原动机102和泵104正操作时，控制器112将阀134定位在打开位置或关闭位置。控制器112通信联接到卸载系统128，卸载系统128将阀134定位在一位置。卸载系统128包括一个或多个致动器136，致动器136使阀134在各个位置之间移动。控制器112被配置成当驱动器速度低于阈值驱动器速度时和/或当变速器106接合时将阀134定位在打开位置。控制器还被配置成当驱动器速度基本等于或大于阈值驱动器速度时和/或当变速器106接合时将吸入阀定位在关闭位置。在减少的负载下启动或关停原动机102可显着地减少燃料消耗、减少电功率需求、允许原动机102在被加载之前达到额定速度和扭矩，并且可延长原动机102和/或泵104的寿命，以及其他潜在的益处。

虽然已经参照上述实施例具体示出和描述了本发明的各方面，但是本领域技术人员应理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以通过对所公开的机器、系统和方法进行修改来设想各种附加实施例。这些实施例应被理解为落入基于权利要求书及其任何等价物所确定的本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种系统，包括：

流体端，所述流体端包括：

块体，所述块体具有流体入口和流体出口；

进气歧管，所述进气歧管流体联接到所述块体的所述流体入口；

流体管道，所述流体管道流体联接到所述块体的所述流体出口和所述进气歧管中的每一者；

阀，所述阀流体联接到所述流体管道，所述阀被配置成控制通过所述流体管道的流体流动；

致动器，所述致动器联接到所述阀并且被配置成将所述阀转换到打开位置或关闭位置；以及

控制器，所述控制器通信联接到所述致动器并且被配置成致使所述致动器将所述阀转换到所述打开位置或所述关闭位置。

2.根据权利要求1所述的系统，还包括：

原动机，所述原动机被配置成使驱动轴旋转；

泵，所述泵具有至少部分地布置在所述流体端的所述块体内的柱塞，所述泵经由变速器联接到所述原动机的所述驱动轴，其中所述变速器被配置成将旋转能量从所述驱动轴传递到所述泵；以及

一个或多个传感器，所述一个或多个传感器被配置成生成与所述原动机、所述泵或所述变速器中的至少一者相关联的传感器数据，其中所述传感器数据包括指示所述原动机的驱动器速度的驱动器速度数据、指示泵速度或泵压力的泵数据，或指示变速器状态的变速器数据中的至少一个。

3.根据权利要求2所述的系统，其中所述控制器通信联接到所述一个或多个传感器，并且所述控制器被配置成：

从所述一个或多个传感器接收所述传感器数据；

至少部分地基于所述传感器数据来确定所述驱动器速度小于阈值驱动器速度；

至少部分地基于所述传感器数据来确定所述变速器接合；以及

至少部分地基于确定所述驱动器速度小于所述阈值驱动器速度以及确定所述变速器接合，致使所述致动器将所述阀转换到所述打开位置。

4.根据权利要求3所述的系统，其中所述控制器还被配置成：

至少部分地基于所述传感器数据来确定所述驱动器速度等于或大于所述阈值驱动器速度；以及

至少部分地基于确定所述驱动器速度等于或大于所述阈值驱动器速度以及确定所述变速器接合，致使所述致动器将所述阀转换到所述关闭位置。

5.根据权利要求3所述的系统，其中所述控制器还被配置成：

至少部分地基于所述传感器数据来确定所述变速器脱离接合；以及

至少部分地基于确定所述变速器脱离接合来维持当前阀位置。

6.根据权利要求2所述的系统，其中所述致动器在预定的时间量内将所述阀转换到所述打开位置或所述关闭位置，以便降低驱动所述泵的操作的所述原动机上的负载率。

7.根据权利要求2所述的系统，其中当所述泵在所述阀处于所述打开位置的情况下操作时，流体在所述流体出口和所述进气歧管之间循环。

8.根据权利要求2所述的系统，其中当所述泵在所述阀处于所述关闭位置的情况下操作时，流体经由所述流体出口仅被引导到流体歧管。

9.一种方法，包括：

接收流体系统的原动机正在启动的指示，所述原动机被配置成经由变速器来驱动泵的操作，所述泵包括至少部分地布置在流体端内的柱塞；

从一个或多个传感器接收传感器数据，所述传感器数据与所述原动机、联接到所述原动机的所述变速器或联接到所述变速器的所述泵中的至少一者相关联；

至少部分地基于所述传感器数据来确定所述原动机的驱动器速度小于阈值驱动器速度；

至少部分地基于所述传感器数据来确定所述变速器接合；以及

至少部分地基于确定所述驱动器速度小于所述阈值驱动器速度以及确定所述变速器接合，致使致动器将阀定位在打开位置，其中当所述泵在所述阀处于所述打开位置的情况下操作时，流体在所述流体端的流体出口和流体联接到所述流体端的进气歧管之间循环。

10.根据权利要求9所述的方法，还包括：

至少部分地基于所述传感器数据来确定所述驱动器速度等于或大于所述阈值驱动器速度；以及

至少部分地基于确定所述驱动器速度等于或大于所述阈值驱动器速度以及确定所述变速器接合，致使所述致动器将所述阀定位在关闭位置，其中当所述泵在所述阀处于所述关闭位置的情况下操作时，流体经由所述流体出口引导到流体歧管。