[發(fā)明專利]一種油液混合動力壓裂車及其控制方法

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• 申請日: 2021-12-06
• 公開（公告）號: CN114151056A
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王軍年;朱振華;陳志勇;邵宏宇;何富君;強越
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號: E21B43/26
• 分類號: E21B43/26;E21B41/00;F02D45/00;F04B51/00;F04B49/06;F04B53/10
• 代理公司: 長春市恒譽專利代理事務(wù)所(普通合伙) 22212
• 代理人: 李榮武

本發(fā)明公開了一種油液混合動力壓裂車及其控制方法，包括：底盤行走系統(tǒng)和上裝作業(yè)系統(tǒng)。所述底盤行走系統(tǒng)包括：行走柴油發(fā)動機，其輸出軸上固定第一主動齒輪；第一離合器；變速器；驅(qū)動橋。所述上裝作業(yè)系統(tǒng)包括：大功率柴油機，其輸出軸上固定第二主動齒輪；小功率柴油機組；液壓泵組，其與第二從動齒輪、主閥組和第一從動齒輪連接；主閥組，其通過主油路連接開關(guān)電磁閥組和液壓馬達組，通過齒輪系驅(qū)動壓裂泵；第一、第二高壓蓄能器，其與兩位三通換向閥、三位三通換向閥連通。本發(fā)明通過控制所述兩位三通換向閥、所述三位三通換向閥和所述各發(fā)動機的工作狀態(tài)，實現(xiàn)油液混合模式的切換，以滿足壓裂車負載功率不斷大范圍變化的動力需求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及節(jié)能型工程機械領(lǐng)域，特別涉及一種油液混合動力壓裂車及其控制方法。

背景技術(shù)

壓裂車主要用于油、汽、水井的各種壓裂作業(yè)以及酸化作業(yè)，壓裂作業(yè)通過向井內(nèi)注入高壓、大排量液體，將地層壓開，再將支撐劑加入擠壓出來的裂縫中，增強地層的滲透率，提高油、汽、水的產(chǎn)量。

壓裂車根據(jù)其使用工況，一般要求具有超高壓力、大功率、大排量、長時間作業(yè)和工作區(qū)間范圍大的特點。傳統(tǒng)的壓裂車一般由底盤行走機構(gòu)和上裝設(shè)備兩部分組成，其中上裝設(shè)備主要有柴油發(fā)動機、液力傳動箱、壓裂泵、吸入排除管匯、安全系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、壓裂泵潤滑系統(tǒng)、電路系統(tǒng)、氣路系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、儀表及控制系統(tǒng)，其傳動路線為：柴油發(fā)動機—液力傳動箱—傳動軸—壓裂泵，但其需要最大功率超過3000kW的單柴油機，效率極低，且成本高。因此提出了多發(fā)動機驅(qū)動的模式，該模式下又分為三種傳動模式，一種是多個發(fā)動機耦合后通過傳動軸驅(qū)動壓裂泵，一種是將發(fā)動機輸出通過液壓泵轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤簜鲃樱簤候?qū)動馬達，馬達再驅(qū)動壓裂泵，一種是全液壓傳動，即用油缸泵替換壓裂泵，直接用液壓驅(qū)動油缸泵實現(xiàn)壓裂介質(zhì)的吸入與排出。

目前，行業(yè)內(nèi)的一些公司和有關(guān)高校已經(jīng)在油液混動壓裂車方面取得了一些進展。如：公開號CN205026040U的專利“一種用于壓裂車的液壓傳動系統(tǒng)及壓裂車”的液壓傳動系統(tǒng)包括發(fā)動機單元、液壓傳動油路、壓裂執(zhí)行機構(gòu)和液壓油箱，發(fā)動機單元的每一臺發(fā)動機都有液壓驅(qū)動單元，驅(qū)動壓裂泵，具有供油能力強、驅(qū)動能力強，輸出最大壓力、最大排量大的優(yōu)點；石油礦場機械期刊編號1001-3482(2015)02-0032-05的“2500型全液壓式壓裂車設(shè)計研究”采用全液壓傳動，通過主閥組控制油缸泵的交替動作，實現(xiàn)壓裂介質(zhì)的吸入與排除，能夠滿足超高壓、大排量的各種壓裂工況的需求，適用范圍廣，壓裂成本低。

但以上的油液混動的效率較低、能耗大，造成較大的燃油浪費以及排氣污染。鑒于此，發(fā)明了一種油液混合動力壓裂車及其控制方法。該發(fā)明不僅解決了效率較低的問題，充分利用了發(fā)動機的高效率區(qū)域，節(jié)約了燃料和減少了排放污染，還實現(xiàn)了壓裂車的長時間高效工作。由于利用了行走柴油機，可以減少上裝的柴油機數(shù)量及其配備的附屬設(shè)備，減輕了上裝質(zhì)量，從而減少了車輛運行時的能量消耗，還降低了設(shè)備成本。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出一種油液混合動力壓裂車，根據(jù)負載功率的變化提供不同的動力驅(qū)動方法，從而保證發(fā)動機能長時間運行在穩(wěn)態(tài)高效率工作區(qū)，不受壓裂泵負載功率變化的影響。

本發(fā)明還提供了一種油液混合動力壓裂車的控制方法，由柴油機組和兩高壓蓄能器共同驅(qū)動，使柴油機一直在高效穩(wěn)定區(qū)工作，通過高壓蓄能器調(diào)節(jié)負載功率的波動，從而改善了壓裂車的燃油經(jīng)濟性和排放性，且控制方法簡單易實現(xiàn)。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：一種油液混合動力壓裂車，包括底盤行走系統(tǒng)和上裝作業(yè)系統(tǒng)；

所述底盤行走系統(tǒng)包括：

行走柴油發(fā)動機，其輸出軸上固定第一主動齒輪；

第一離合器，連接所述行走柴油發(fā)動機輸出軸以及變速器輸入軸；

驅(qū)動橋，與所述變速器輸出軸連接，所述驅(qū)動橋兩端連接驅(qū)動輪；