泵传动系统阻尼系统和控制系统及其方法与流程

文档序号:11111947阅读:933来源:国知局
泵传动系统阻尼系统和控制系统及其方法与制造工艺

本申请要求申请日为2014年6月27日的美国专利申请No.62/018,310的优先权,在此结合其全部公开作为参考。

本申请要求申请日为2014年7月1日的美国专利申请No.62/019,610的优先权,在此结合其全部公开作为参考。

技术领域

本发明涉及用于井服务泵的阻尼系统和方法,且更具体地涉及用于减轻往复运动泵组件中的振动的阻尼系统和方法。



背景技术:

在井的水力压裂过程中,流体通过往复运动或者容积式泵泵而被泵送进入井眼壳体和地下部件。该泵通常由一个或多个发动机驱动,该发动机经由称作泵传动系统的一组构件连接至泵。泵传动系统可包括多个构件,例如但不限于,发动机输出轴或曲轴,传动装置,一个或多个齿轮减速器,一个或多个传动系统连杆和泵曲轴。在操作过程中,在泵,泵传动系统和连接至泵传动系统的其它设备中发生振动。过量的振动引起对泵传动系统的损坏,并且可损坏泵和连接至泵传动系统的其它设备。此外,该振动可加速在传动系统的部件上的磨损,如传动装置,导致需要在泵传动系统的其它部件需要更换或维护之前就需要更换该部件。当泵传动系统的构件失效时,更换构件必须以对井操作者来说昂贵的费用更换。在一些情况下,井操作者为这种类型的失效准备备用构件,者进一步增加了操作井的成本。在一些实施方式中,泵传动系统经历谐振,其可引起对泵构件的过度损坏,以及对附近工人的潜在危险。

阻尼器用于减轻泵传动系统中的振动。例如,通常将一个或多个粘性阻尼器连接至泵传动系统以减小泵传动系统中的往复振荡力矩和振动。然而,现有的阻尼器没有充分地减轻振动,且通常没有减轻振动直到振动在传动系统中已经获得动量。例如,当前黏弹性阻尼器响应于已经存在于泵传送系统中的惯性且部分由于阻尼器的部件(例如,弹性体袋)中的流体粘性和张力而响应时间缓慢。此外,现有的阻尼器需要大的、重的构件来抵消泵传动系统中的振动。由于当前用于运输设备往返井场地的车辆(例如,压裂车(frac truck))的重量限制,现有的阻尼器可引起压裂车超重,从而需要对于运输压裂设备的通行许可。此外,包括大、重的部件的现有阻尼器通常难以连接至泵传动系统,且当连接至泵组件时难以拆卸和维护。



技术实现要素:

在第一方面,提供了用于往复运动泵组件的阻尼控制系统,该阻尼控制系统更包括:至少一个传感器,被配置成感应所述往复运动泵组件的至少一个特性,该往复运动泵组件具有相反的第一和第二端部,且被配置成在所述第一端部可操作地连接至至少一个齿轮减速器;与所述至少一个传感器通信的至少一个处理器;可操作地连接至所述至少一个处理器的非瞬时计算机可读介质;和计算机程序,其存储在所述非瞬时计算机可读介质中且可由所述至少一个处理器运行;其中由所述至少一个处理器对所述计算机程序的执行被配置成使得一个或多个控制信号发送至位于所述往复运动泵组件的所述第二端部的一个或多个电磁体;以及其中所述一个或多个控制信号被配置成响应于所述至少一个处理器从所述至少一个传感器接收与所述往复运动的泵组件的至少一个特性相关的信号或数据而被发送。

在一个示例性实施方式中,所述阻尼控制系统包括多个传感器,其中所述至少一个传感器是该多个传感器的一部分;其中所述多个传感器被配置成感应所述往复运动泵组件的各特性。

在另一个示例性实施方式中,所述往复运动泵组件包括在所述第一和第二端部之间延伸的曲轴,以及在所述第二端部可操作地连接至所述曲轴的飞轮;且其中所述往复运动泵组件的各特性包括以下的一个或多个:在所述往复运动泵组件中的压力;旋转曲轴位置;和飞轮的加速度。

在仍另一个示例性实施方式中,阻尼控制系统还包括被配置成与所述一个或多个电磁体通信的控制器。

在一些示例性实施方式中,所述控制器包括所述至少一个处理器和所述非瞬时计算机可读介质中的一个或两个。

在示例性实施方式中,所述阻尼控制系统还包括反向通量二极管,其被配置成在所述控制器和所述一个或多个电磁体之间串联地电连接。

在第二方面,提供了一种减轻泵传动系统中的振动的方法,该泵传动系统包括传动轴,可操作地连接至传动轴的传动装置,和可操作地连接至传动装置的发动机。该方法包括:检测在所述泵传动系统中的力矩变化的开始;响应于检测到的所述泵传动系统中的力矩变化的开始而发送一个或多个控制信号至一个或多个电磁体;以及使用所述一个或多个电磁体抵消所述力矩变化的至少一部分,以防止由于力矩变化而在所述传动轴、所述传动装置和所述发动机中的一个或多个中产生不可接受的惯性。

在示例性实施方式中,检测所述泵传动系统中力矩变化的开始包括从一个或多个传感器接收与由所述传动系统所驱动的往复运动泵组件的特性相关的信号或者数据。

在另一个示例性实施方式中,检测所述泵传动系统中力矩变化的开始还包括使用一个或多个处理器和基于所述传感器信号或者数据计算所述往复运动泵组件和发动机中的一个或多个的力矩特性。

在仍另一个示例性实施方式中,发送所述一个或多个控制信号至所述一个或多个电磁体包括使用所述一个或多个处理器以及基于所述力矩特性计算每度曲轴角度的阻尼器响应电压,其中发送至所述一个或多个电磁体的一个或多个控制信号基于每度曲轴角度的阻尼器响应电压。

在一些示例性实施方式中,所述往复运动泵组件包括作为所述传动系统的一部分的曲轴,和可操作地连接至所述曲轴的飞轮;且其中与所述传感器信号或者数据相关联的所述往复运动泵组件的特性包括以下的一个或多个:在所述往复运动泵组件中的压力;旋转曲轴位置;和飞轮的加速度。

在示例性实施方式中,所述曲轴包括相反的第一和第二端部,所述传动轴在所述第一端部可操作地连接至曲轴,且所述飞轮在所述第二端部可操作地连接至曲轴。

在第三方面,提供了一种减轻振动的方法,该方法包括:从一个或多个传感器接收与至少一个往复运动泵组件的特性相关联的信号或数据;使用一个或多个处理器且基于所述传感器信号或数据计算所述往复运动泵组件和可操作地连接至其上的发动机中的一个或多个的力矩特性;使用所述一个或多个处理器且基于所述力矩特性计算每度曲轴角度对应的阻尼器响应电压;以及发送一个或多个控制信号至一个或多个电磁体以减轻在所述往复运动泵组件和发动机中的一个或多个中的振动,其中所述一个或多个控制信号基于每度曲轴角度的阻尼器响应电压。

在一个示例性实施方式中,计算所述往复运动泵组件和发动机中的一个或多个的力矩特性包括计算所述往复运动泵组件和发动机中每个的力矩特性。

在另一个示例性实施方式中,该方法还包括根据所述力矩特性和所述传感器信号或数据来计算校正因子和修改响应;其中计算每度曲轴角度的阻尼器响应电压是基于所修改的响应。

在仍另一个示例性实施方式中,所述往复运动泵组件包括:飞轮,力被施加至该飞轮以减轻所述往复运动泵组件和发动机中的一个或多个中的振动,该力是响应于发送所述一个或多个控制信号至所述一个或多个电磁体而施加至飞轮的;和所述飞轮可操作地连接的曲轴;以及其中与所述传感器信号或者数据相关联的所述往复运动泵组件的特性包括以下的一个或多个:在所述往复运动泵组件中的压力;旋转曲轴位置;和所述飞轮的加速度。

在一些示例性实施方式中,所述曲轴包括相反的第一和第二端部,所述发动机在所述曲轴的第一端部可操作地连接至所述曲轴,且所述飞轮在所述曲轴的第二端部可操作地连接至所述曲轴。

在示例性实施方式中,所述往复运动泵组件还包括流体端;且其中所述往复运动泵组件中的压力是所述往复运动泵组件的流体端的排出压力。

在另一个示例性实施方式中,计算所述往复运动泵组件和发动机中的一个或多个的力矩特性包括计算所述往复运动泵组件与所述发动机的每一个的力矩特性;其中所述往复运动泵组件包括:飞轮,力被施加至该飞轮以减轻所述往复运动泵组件和发动机中的一个或多个中的振动,该力是响应于发送所述一个或多个控制信号至所述一个或多个电磁体而施加至飞轮的;和所述飞轮可操作地连接的曲轴;以及其中与所述传感器信号或者数据相关联的所述往复运动泵组件的特性包括以下的一个或多个:在所述往复运动泵组件中的压力;旋转曲轴位置;和所述飞轮的加速度;其中所述方法还包括基于所述力矩特性和所述传感器信号或数据计算校正因子和修改响应;以及其中所计算的每度曲轴角度的阻尼器响应电压是基于所修改的响应。

在仍另一个示例性实施方式中,所述往复运动泵组件包括:飞轮,力被施加至该飞轮以减轻所述往复运动泵组件和发动机中的一个或多个中的振动,该力是响应于发送所述一个或多个控制信号至所述一个或多个电磁体而施加至飞轮的;和所述飞轮可操作地连接的曲轴;以及其中从所述一个或多个传感器接收与所述往复运动泵组件的特性相关联的信号或数据包括以下至少一个:从被配置成感应所述往复运动泵组件的至少排出压力的传感器接收信号或数据;以及从安装在所述飞轮上的加速计接收信号或数据。

在一些示例性实施方式中,计算所述往复运动泵组件和连接至其的发动机中一个或多个的力矩特性包括以下至少一个:计算所述往复运动泵组件的泵抽吸力矩特性;计算所述往复运动泵组件的泵排出力矩特性;以及计算所述发动机的力矩特性。

在示例性实施方式中,所述泵抽吸力矩特性,所述泵排出力矩特性,和所述发动机的力矩特性中的至少一个包括相对于平均每度曲轴角度的力矩改变。

在另一个示例性实施方式中,发送所述一个或多个控制信号至所述一个或多个电磁体包括以下至少一个:发送用于与所述往复运动泵组件的泵送冲程的抽吸部分中的低RPM的控制相关的一个或多个电磁体的电压命令;发送用于与所述往复运动泵组件中的低RPM的控制相关的一个或多个电磁体的电压命令;以及发送用于与驱动所述往复运动泵组件的所述传动系统中的高RPM的控制相关的一个或多个电磁体的电压命令。

在仍另一个示例性实施方式中,各电压命令被发送至可操作地连接至所述一个或多个电磁体的控制器。

在一些示例性实施方式中,所述方法还包括基于所述力矩特性和所述传感器信号或数据而计算校正因子和修改响应;其中计算每度曲轴角度的阻尼器响应电压是基于所修改的响应;且其中基于所述力矩特性和所述传感器信号或数据计算所述校正因子和修改所述响应包括以下至少一个:至少使用所述往复运动泵组件的泵抽吸力矩特性计算第一校正因子;至少使用所述往复运动泵组件的泵排出力矩特性计算第二校正因子;和至少使用所述发动机的力矩特性计算第三校正因子。

在示例性实施方式中,所述泵抽吸力矩特性,所述泵排出力矩特性,以及所述发动机的力矩特性中的至少一个包括相对于平均每度曲轴角度的力矩变化。

在第四方面,提供了一种用于流体泵的阻尼系统,该阻尼系统包括:限定流体腔室的壳体,该流体腔室被配置成在其中接收磁流变流体;飞轮,其至少部分地设置在所述流体腔室中且被配置成可操作地连接至所述流体泵的曲轴;和磁性装置,其固定至所述壳体且被设置成接近所述飞轮;其中当所述磁流变流体接收在所述流体腔室中,所述飞轮可操作地连接至所述曲轴,且所述磁性装置被激励时所述磁性装置将变化的拖曳力施加至所述飞轮以减轻所述流体泵中的振动。

在示例性实施方式中,当所述飞轮可操作地连接至所述曲轴时,所述飞轮被配置成随着在所述泵组件的曲轴旋转。

在另一个示例性实施方式中,所述飞轮包括:被配置成固定至所述曲轴的中心部分,和围绕所述中心部分的法兰部分,所述法兰部分包括第一表面,与所述第一表面相反设置的第二表面,和设置在所述第一表面和所述第二表面之间的外侧边缘。

在仍另一个示例性实施方式中,所述流体腔室的第一部分设置在所述法兰部分的第一表面与所述壳体的第一内表面之间,且所述流体腔室的第二部分设置在所述法兰部分的第二表面与所述壳体的第二内表面之间,从而当所述磁流变流体接收在所述流体腔室中时,所述磁流变流体与所述飞轮的所述第一表面和所述第二表面的至少部分接触。

在一些示例性实施方式中,所述流体腔室的第三部分设置在所述法兰部分的外边缘和所述壳体的在所述壳体的第一内表面和第二内表面之间延伸的第三内表面之间,从而当磁流变流体接收在所述流体腔室中时,所述磁流变流体与所述飞轮的外边缘的至少部分接触。

在示例性实施方式中,所述磁性装置包括接近所述法兰部分的第一侧的第一组多个电磁体,和接近所述法兰部分的第二侧的第二组多个电磁体。

在另一个示例性实施方式中,所述磁性装置包括接近所述法兰部分的第一侧和第二侧中的至少一个的第一组多个电磁体。

在仍另一个示例性实施方式中,所述飞轮包括以下至少一个:在所述法兰部分的第一和第二表面上的粗糙表面纹理;在所述法兰部分的外边缘上的粗糙表面纹理;和在所述法兰部分中的多个开口。

在一些示例性实施方式中,飞轮是圆形的。

在示例性实施方式中,所述阻尼系统包括:连接至所述壳体的第一组多个永磁体,该第一组多个永磁体分别具有第一磁极;和连接至所述飞轮或者配置成连接至所述曲轴的第二组多个永磁体,所述第二组多个永磁体分别具有第二磁极;其中各所述第一磁极被配置成与所述第二磁极中的相应的一个相互作用。

在第五方面,提供了一种减轻流体泵传动系统中的振动的方法,该方法包括:响应于感应到的所述流体泵驱动系统的特性而从传感器接收第一信号;响应于接收到第一信号发送第二信号至电磁体;和响应于电磁体接收到第二信号而改变电磁体的电荷以产生磁场来改变位于流体腔室中的磁流变流体的特性,其中响应于电荷的改变,磁流变流体施加力至至少部分地设置在所述流体腔室中的飞轮。

在示例性实施方式中,施加力至飞轮包括施加力至所述飞轮的第一侧表面和所述飞轮的与第一侧表面相反的第二侧表面中的至少一个上。

在另一个示例性实施方式中,施加力至飞轮包括施加相应的力至所述飞轮的第一和第二侧表面二者上。

在仍另一个示例性实施方式中,施加力至飞轮还包括施加力至飞轮的在所述第一侧表面和所述第二侧表面之间延伸的外边缘上。

在第六方面,提供了一种流体泵组件,包括:传动系统;固定至所述传动系统的飞轮;壳体,该壳体限定让所述飞轮至少部分地设置在其中的流体腔室;设置在所述流体腔室中的磁流变流体;和电磁装置,其固定至所述壳体且设置成接近所述飞轮;其中所述电磁装置在被激励时改变所述磁流变流体的特性以改变作用在所述飞轮上的力。

在示例性实施方式中,流体泵组件还包括至少一个传感器以感应所述传动系统的至少一个特性。

在另一个示例性实施方式中,所述电磁装置响应于所述传感器产生的电信号而选择性地接合。

在仍另一个示例性实施方式中,所述传动系统包括曲轴,且其中所述流体泵组件还包括:连接至所述壳体的第一组多个永磁体,该第一组多个永磁体分别具有第一极;和第二组多个永磁体,在该第二组多个永磁体中的各永磁体连接至所述飞轮或者所述曲轴,所述第二组多个永磁体分别具有第二极;其中各所述第一极被配置成与所述第二极中相应的一个相互作用。

在第七方面,提供了一种减轻流体泵传动系统中的振动的装置,该流体泵传动系统包括电源,可操作地连接至该电源的一个或多个齿轮减速器,和包括相反的第一和第二端部的曲轴,所述曲轴的第一端部可操作地连接至所述一个或多个齿轮减速器,该装置包括:非瞬时计算机可读介质;和存储在所述非瞬时计算机可读介质上并由一个或多个处理器运行的多个指令,所述多个指令包括:使得所述一个或多个处理器响应于感应到的流体泵传动系统的特性从传感器接收的第一信号的指令;和指令,其响应于接收的第一信号使得所述一个或多个处理器发送第二信号至接近所述曲轴的第二端部分而设置的电磁体,以改变电磁体的电荷,从而改变接近所述曲轴的第二端部设置的磁流变流体的特性,从而磁流变流体施加力至飞轮以减轻所述流体泵传动系统中的振动。

在示例性实施方式中,感应到的流体泵传动系统的特征包括以下至少一个:曲轴RPM;传动轴力矩;旋转曲轴位置;一个或多个温度;一个或多个压力。

在另一个示例性实施方式中,多个指令还包括使得一个或多个处理器收集与流体泵传动系统相关的数据的指令。

在仍另一个示例性实施方式中,多个指令还包括使得一个或多个处理器处理所收集的数据以预测将来的振动的指令。

在第八方面,提供了一种装置,包括非瞬时计算机可读介质;和存储在非瞬时计算机可读介质上并可由一个或多个处理器运行的多个指令,该多个指令包括:使得一个或多个处理器从一个或多个传感器接收与至少一个往复运动泵组件的特性相关的信号或数据;使得一个或多个处理器基于传感器信号或数据计算往复运动泵组件以及可操作地连接至其上的发动机的一个或多个的力矩特性;使得一个或多个处理器基于力矩特性计算每度曲轴角度的阻尼器响应电压的指令;以及使得一个或多个处理器发送一个或多个控制信号至一个或多个电磁体以减轻在往复运动泵组件和发动机中的一个或多个中的振动的指令,其中该一个或多个控制信号基于每度曲轴角度的阻尼器响应电压。

在示例性实施方式中,使得一个或多个处理器计算往复运动泵组件和发动机中的一个或多个的力矩特性的指令包括使得一个或多个处理器计算往复运动泵组件和发动机的每个的力矩特性。

在另一个示例性实施方式中,多个指令还包括使得一个或多个处理器基于力矩特性和传感器信号或数据而计算校正因子和修改响应的指令;其中所计算的每度曲轴角度的阻尼器响应电压基于所修改的响应。

在仍另一个示例性实施方式中,往复运动泵组件包括:飞轮,力被施加至该飞轮以减轻所述往复运动泵组件和发动机中的一个或多个中的振动,该力是响应于发送所述一个或多个控制信号至所述一个或多个电磁体而施加至飞轮的;和所述飞轮可操作地连接的曲轴;以及其中与传感器信号或数据相关联所述往复运动泵组件的特性包括以下一个或多个:往复运动泵组件中的压力;旋转曲轴位置;和飞轮的加速度。

在一些示例性实施方式中,曲轴包括相反的第一和第二端部,发动机在曲轴的第一端部可操作地连接至该曲轴,且飞轮在曲轴的第二端部可操作地连接至该曲轴。

在示例性实施方式中,往复运动泵组件还包括流体端;且其中在往复运动泵组件中的压力是往复运动泵组件的流体端的排出压力。

在另一个示例性实施方式中,使得一个或多个处理器计算往复运动泵组件和发动机中的一个或多个的力矩特性的指令包括:使得一个或多个处理器计算往复运动泵组件和发动机的每个的力矩特性的指令;其中往复运动泵组件包括:飞轮,力被施加至该飞轮以减轻所述往复运动泵组件和发动机中的一个或多个中的振动,该力是响应于发送所述一个或多个控制信号至所述一个或多个电磁体而施加至飞轮的;和所述飞轮可操作地连接的曲轴;其中与传感器数据或信号关联的往复运动泵组件的特性包括以下一个或多个:往复运动泵组件中的压力;旋转曲轴位置;飞轮的加速度;其中多个指令还包括使得一个或多个处理器基于力矩特性和传感器信号或数据而计算校正因子和修改响应;且其中计算每度曲轴角度的阻尼器响应电压是基于修改的响应。

在仍另一个示例性实施方式中,往复运动泵组件包括:飞轮,力被施加至该飞轮以减轻所述往复运动泵组件和发动机中的一个或多个中的振动,该力是响应于发送所述一个或多个控制信号至所述一个或多个电磁体而施加至飞轮的;和所述飞轮可操作地连接的曲轴;以及其中使得一个或多个处理器从一个或多个传感器接收与往复运动泵组件的特性相关联的信号或数据的指令包括以下指令的至少一个:使得一个或多个处理器从配置成感应往复运动泵组件的至少排出压力的压力传感器接收信号或数据的指令;使得一个或多个处理器从配置成感应曲轴的曲轴位置的曲轴位置传感器接收信号或数据的指令;以及使得一个或多个处理器从安装在飞轮上的加速度计接收信号或数据的指令。

在一些示例性实施方式中,使得一个或多个处理器计算往复运动泵组件和可操作地连接至其上的发动机中的一个或多个的指令包括以下至少一个:使得一个或多个处理器计算往复运动泵组件的泵抽吸力矩特性的指令;使得一个或多个处理器计算往复运动泵组件的泵排出力矩特性的指令;以及使得一个或多个处理器计算发动机的力矩特性的指令。

在示例性实施方式中,泵抽吸力矩特性、泵排出力矩特性和发动机的力矩特性中的至少一个包括相对于平均每度曲轴角度的力矩变化。

在另一个示例性实施方式中,使得一个或多个处理器发送一个或多个控制信号至一个或多个电磁体的指令包括以下至少一个:使得一个或多个处理器发送用于与所述往复运动泵组件的泵送冲程的抽吸部分中的低RPM的控制相关的一个或多个电磁体的电压命令的指令;使得一个或多个处理器发送用于与所述往复运动泵组件中的低RPM的控制相关的一个或多个电磁体的电压命令的指令;以及使得一个或多个处理器发送用于与驱动所述往复运动泵组件的所述传动系统中的高RPM的控制相关的一个或多个电磁体的电压命令的指令。

在仍另一个示例性实施方式中,各电压命令被发送至可操作地连接至所述一个或多个电磁体的控制器。

在一些示例性实施方式中,多个指令还包括使得一个或多个处理器基于所述力矩特性和所述传感器信号或数据而计算校正因子和修改响应的指令;其中计算每度曲轴角度的阻尼器响应电压是基于所修改的响应;且其中使得一个或多个处理器基于力矩特性和传感器信号或数据计算校正因子和修改响应的指令包括以下至少一个:使得一个或多个处理器至少使用所述往复运动泵组件的泵抽吸力矩特性计算第一校正因子的指令;使得一个或多个处理器至少使用所述往复运动泵组件的泵排出力矩特性计算第二校正因子的指令;和使得一个或多个处理器至少使用所述发动机的力矩特性计算第三校正因子的指令。

在示例性实施方式中,所述泵抽吸力矩特性,所述泵排出力矩特性,以及所述发动机的力矩特性中的至少一个包括相对于平均每度曲轴角度的力矩变化。

在第九方面,提供了一种配置成减轻在泵传动系统中的振动的设备,该泵传动系统包括传动轴,可操作地连接至传动轴的传动装置,和可操作地连接至传动装置的发动机,该设备包括:非瞬时计算机可读介质;和存储在非瞬时计算机可读介质上并可由一个或多个处理器运行的多个指令,该多个指令包括:使得一个或多个处理器检测在泵传动系统中的力矩变化的开始的指令;和使得一个或多个处理器响应于所检测到的泵传动系统中的力矩变化的开始而发送一个或多个控制信号至一个或多个电磁体以抵消力矩变化的至少一部分从而防止由于力矩变化而在传动轴、传动装置和发动机中的一个或多个上产生不可接受的惯性的指令。

在示例性实施方式中,使得一个或多个处理器检测在泵传动系统中的力矩变化的开始的指令包括使得一个或多个处理器从一个或多个传感器接收与由传动系统所驱动的往复运动泵组件的特性相关联的信号或数据的指令。

在另一个示例性实施方式中,使得一个或多个处理器检测在泵传动系统中的力矩变化的开始的指令还包括使得一个或多个处理器基于传感器信号或数据计算往复运动泵组件和发动机中的一个或多个的力矩特性。

在仍另一个示例性实施方式中,使得一个或多个处理器发送一个或多个控制信号至一个或多个电磁体的指令包括使得一个或多个处理器基于力矩特性计算每度曲轴角度的阻尼器响应电压,其中发送至一个或多个电磁体的一个或多个控制信号是基于每度曲轴角度的阻尼器响应电压。

在一些示例性实施方式中,往复运动泵组件包括作为传动系统的部分的曲轴,和可操作地连接至曲轴的飞轮;且其中传感器信号或者数据关联的往复运动泵组件的特性包括以下一个或多个:在往复运动泵组件中的压力;旋转曲轴位置;和飞轮的加速度。

在示例性实施方式中,曲轴包括相反的第一和第二端部,传动轴在曲轴的第一端部处可操作地连接至曲轴,且飞轮在曲轴的第二端部处可操作地连接至曲轴。

在第十方面,提供了一种往复运动泵组件,其包括动力端壳体和流体端壳体;活塞;用于使活塞在动力端壳体和流体端壳体之间往复运动的传动系统;阻尼系统,该阻尼系统包括:限定流体腔室的固定壳体,该流体腔室被配置成在其中接收磁流变流体;至少部分地设置在流体腔室中的飞轮;和磁性装置,其固定至壳体且设置成接近飞轮,该磁性装置在被激励时施加可变的拖曳力至飞轮以减轻流体泵中的振动。

在示例性实施方式中,固定壳体固定至动力端壳体。

在另一个示例性实施方式中,飞轮固定至曲轴以与其一起旋转。

在仍另一个实施方式中,往复运动泵组件包括至少一个传感器以感应泵传动系统中的至少一个特性。

在一些示例性实施方式中,该磁性装置响应于传感器所产生的电信号而选择性地接合。

在示例性实施方式中,飞轮是圆形盘状元件。

在第十一方面,提供了一种具有相反的第一和第二端部的往复运动泵组件,该往复运动泵组件包括:曲轴壳体,其配置成在往复运动泵组件的第一端部可操作地连接至至少一个齿轮减速器;连接至曲轴壳体的流体端;在曲轴壳体中以及在往复运动泵组件的第一和第二端部之间延伸的曲轴;多个活塞,其可操作地连接至曲轴且配置成朝向和离开流体端往复地移动;在往复运动泵组件的第二端部处可操作地连接至曲轴的飞轮;接近飞轮的一个或多个电磁体;与一个或多个电磁体通信的控制器;且与控制器通信的多个传感器;其中控制器被配置成从多个传感器接收与往复运动泵组件的特性相关的信号和数据;且其中,响应于接收到与往复运动泵组件的特性相关联的信号或数据,控制器被配置成发送一个或多个控制信号至一个或多个电磁体以提供力至飞轮从而减轻振动。

在示例性实施方式中,传感器信号或数据相关联的往复运动泵组件的特性包括以下一个或多个:在往复运动泵组件中的压力;旋转曲轴位置;和飞轮的加速度。

在另一个示例性实施方式中,控制器包括至少一个处理器;可操作地连接至至少一个处理器的非瞬时计算机可读介质;和存储在非瞬时计算机可读介质上并可由至少一个处理器执行的多个指令;其中当多个指令由至少一个处理器执行时,响应于接收到与往复运动泵组件的特性相关联的信号或数据将该一个或多个控制信号发送至一个或多个电磁体。

在仍另一个示例性实施方式中,往复运动泵组件包括反向通量二极管,其在控制器和一个或多个电磁体之间串联地电连接。

在第十二方面,提供了一种具有相反的第一和第二端部的往复运动泵组件,该往复运动泵组件包括:曲轴壳体,其配置成在往复运动泵组件的第一端部可操作地连接至至少一个齿轮减速器;连接至曲轴壳体的流体端;在曲轴壳体中以及在往复运动泵组件的第一和第二端部之间延伸的曲轴;多个活塞,其可操作地连接至曲轴且配置成朝向和离开流体端往复地移动;在往复运动泵组件的第二端部处可操作地连接至曲轴的飞轮;接近飞轮的一个或多个电磁体;和阻尼器控制系统,其包括:可操作地连接至流体端的压力传感器;可操作地连接至曲轴的曲轴位置传感器;可操作地连接至飞轮的加速度计;与压力传感器、曲轴位置传感器和加速度计通信的至少一个处理器;可操作地连接至至少一个处理器的非瞬时计算机可读介质;和存储在非瞬时计算机可读介质上并可由至少一个处理器运行的计算机程序;其中由至少一个处理器对计算机程序的运行被配置成使得一个或多个控制信号被发送至一个或多个电磁体;且其中一个或多个控制信号被配置成响应于至少一个处理器从压力传感器、曲轴位置传感器和加速度计接收到的与往复运动泵组件的特性关联的信号和数据而被发送。

参考作为本发明的部分并且以示例的方式示出了本发明的原理的附图根据以下具体说明,其它的方面、特征和优点将是明显的。

附图说明

附图有助于理解各实施方式。

图1是根据本发明的连接至齿轮减速器的和输入法兰并且还连接至以横剖视图显示的阻尼系统的流体泵的顶平面视图。

图2是根据本发明连接至流体泵的曲轴的阻尼系统的实施方式的横剖侧视图。

图3A是根据本发明的飞轮的实施方式的轴向视图。

图3B是根据本发明的飞轮的另一个实施方式的轴向视图。

图3C是根据本发明的飞轮的另一个实施方式的轴向视图。

图3D是根据本发明的飞轮的仍另一个实施方式的轴向视图。

图4是根据本发明的沿着图1的线4-4截取的示出了具有多个磁性装置的泵传动系统阻尼系统的实施方式的剖视图。

图5是根据本发明的沿着图1的线4-4截取的示出了具有多个磁性装置的泵传动系统阻尼系统的另一个实施方式中将泵壳体移除的剖视图。

图6是根据本发明的连接至流体泵的曲轴的阻尼系统的实施方式的横剖视图。

图7是根据本发明的阻尼系统的实施方式的轴向视图。

图8是示出了根据本发明的用于减轻流体泵传动系统中的振动的方法的实施方式的示意流程图。

图9是根据示例性实施方式的阻尼器控制系统和可操作地连接至该阻尼器控制系统的泵组件的示意图。

图10是根据示例性实施方式的示出了操作图9的阻尼器控制系统的方法的流程图。

图11是根据示例性实施方式的图10的方法中步骤的子步骤的框图。

图12是根据另一个示例性实施方式的操作图10的阻尼器控制系统的方法。

图13是根据另一个示例性实施方式的阻尼器控制系统的示意图。

图14是根据示例性实施方式的用于液压压裂操作中的三缸往复运动泵组件的每RPM的理论力矩变化的图表。

图15是根据示例性实施方式的用于液压压裂操作中的五缸往复运动泵组件的每RPM的理论力矩变化的图表。

图16和17是示出了根据各示例性实施方式的永磁体与泵组件中的液压压力变动结合的图表。

图18是根据示例性实施方式的用于实施本发明的一个或多个示例性实施方式的计算装置的图示。

具体实施方式

图1示出了往复泵组件100的实施方式,其具有阻尼系统102以减轻泵组件100和相关的泵传动系统(pump drivetrain)105的振动。在图1所示的实施方式中,往复泵组件100包括动力端或者曲轴(crankshaft)壳体104,流体端壳体112,和朝向和远离流体端壳体112可往复移动的多个活塞116。在操作中,马达(未示出)使设置在动力端壳体104中的曲轴106旋转,以促进活塞116的往复移动。在一个实施方式中,曲轴106带凸轮,从而各活塞116在交替的时间往复移动,以有助于最小化与往复泵组件100相关的主、次、第三等等力。

在图1中所示的实施方式中,往复泵组件100连接至泵传动系统105,其包括齿轮减速器108和110,以减少来自驱动源(例如,柴油发动机)的输出,该驱动源可连接至输入法兰114。换言之,泵传动系统105是诸如发动机的动力源(未示出)与泵组件100之间的一组连杆和构件,并且包括泵组件100的直接或间接地连接至诸如泵曲轴106的动力源的构件。在操作过程中,由泵组件100和相关设备所产生的振动常常损坏泵组件100,如果这些振动没有被控制的话。在一些情况下,振动可逐步扩大至谐振频率,这将加速对泵构件的损坏,并且在一些情况下,对附近的工人造成危险。该阻尼系统102被配置成减轻泵组件100、泵传动系统105和用于泵组件100中的其它装置(即,管道,柴油机等)中的振动。在图1和2中所示的实施方式中,例如,阻尼系统102直接连接至泵传动轴106,以施加力至飞轮202(如图2中所示),其进而被直接传递至泵传动系统105。根据这里所公开的实施方式,阻尼系统102连接至往复运动泵组件100或者另外地与往复运动泵组件100一体形成,并且被设计成相对于当前阻尼设计提供紧凑和轻重量的阻尼方案。在一些实施方式中,阻尼系统102是可响应于从设置在多个位置的一个或多个传感器103接收的实时传感器信号而可电子地控制的,该多个位置例如泵组件102上,整个泵传动系统105上,在一个或多个其它泵组件上,和/或在井场(well site)的其它位置。这样,阻尼系统102对于来自多个源的振动进行响应,例如其它的泵,井眼,泵传动系统105,流体管道和其它的源。

在图1所示的实施方式中,阻尼系统102直接连接至泵壳体104,然而在其它实施方式中,阻尼系统102以另外的方式安装在例如泵壳体104中,在泵组件100和齿轮减速器108之间,或者在减速器108和110之间。此外,尽管在图1中示出了实施方式中所示的单个阻尼系统102,然而在其它实施方式中,传动系统105包括多于一个的阻尼系统102。

继续结合图1参考图2至4,阻尼系统102包括飞轮202,和连接至动力端壳体104并限定流体腔室206的阻尼壳体204。该飞轮202被设置在流体腔室206中。一个或多个磁性装置208被设置成或定位成接近飞轮202。在图2和4中所示的实施方式中,飞轮202是圆形的并且包括由法兰部分212围绕的中心部分210。如图2所示,中心部分210可连接至往复运动的泵组件100的曲轴106的“盲侧”或者端部214,从而飞轮202与曲轴106共同旋转,然而如上所述,在另外的实施方式中,飞轮202可连接至往复运动泵组件100的其它部分,即具体地,泵传动系统105的其它部分。然而,由于损坏振荡扭转振动通过泵组件100而产生,所以将飞轮202连接至曲轴106的“盲侧”或端部214允许阻尼系统102在振动传递至泵传动系统105之前减轻来自泵组件100的流体端112的振动。此外,在通过泵传动系统105的旋转部件的相互作用而增强振动之前减轻振动,例如由于传动系统105的惯性变化和质量弹性特性引起的振动增强,其引起在旋转曲轴106与旋转传动轴、传动装置和柴油旋转构件(未示出)之间的构件加速和减速。此外,将飞轮202连接至曲轴106的“盲侧”或端部214允许使用比可能设置在传动系统105的其他位置处的其它阻尼系统更少的能量而减轻振荡力矩,因为阻尼系统根据泵活塞116的运动的方向在力矩的增大或者力矩的减小的开始时刻减轻振动,而不是在振动已经获得由于传动系统105的旋转部件的弹性所引起的惯性之后减轻振动。因此,阻尼系统102可防止振动力矩而不是在力矩移动通过传动系统105之后减轻力矩。对于阻尼系统102,减少的能量需求还允许阻尼系统102包括比其它阻尼系统更轻重量的构件,例如更轻重量的飞轮202。此外,由于曲轴106通常以比泵传动系统105的其它构件更低的RPM旋转,所以将飞轮202连接至曲轴106的“盲侧”或端部214允许飞轮202在较低的RPM旋转。这允许阻尼系统102的改进的响应精度。

飞轮202的法兰部分212从中心部分210向外延伸,并且通过肩部216而与中心部分210间隔开。尽管在图2所示的实施方式中飞轮202包括肩部216,然而在其它实施方式中,飞轮202另外地被配置成例如没有肩部216的平坦盘形配置,从而中心部分210和法兰部分212处于相同平面。在其它实施方式中,例如图3A中所示的实施方式,飞轮202包括在飞轮202的外侧边缘222中的凹部224。在其它实施方式中,飞轮202包括在法兰部分212中的开口226,如图3B中所示。在仍另外的实施方式中,飞轮202包括从外侧边缘222延伸朝向中心部分210的通道224,如图3C中所示。在另外的实施方式中,例如图3D中所示的实施方式,飞轮202包括表面纹理/磨蚀230。在仍另外的实施方式中,飞轮202包括其它特征或者任何前述特征的组合,以让飞轮202更加有效地与磁流变流体(magnetorheological fluid)相互作用,如以下更详细的说明。在一些实施方式中,飞轮202由磁性材料形成,例如铁质金属或者铁质金属的混合物,例如铸铁和钢。尽管在图1、2、4、5和6中的阻尼系统102的实施方式包括单个的飞轮202,然而在其它实施方式中,阻尼系统102包括多于一个的飞轮202,以允许增大施加至传动系统105的阻尼力。在一些实施方式中,一个或多个另外的飞轮(未示出)连接至飞轮202且随着其旋转,并且至少部分地容纳在阻尼器壳体204内。

在图2中所示的实施方式中,阻尼系统102的壳体204围绕飞轮202,且通过一个或多个螺栓232而固定至泵壳体104。这样,阻尼器壳体204相对于飞轮202和曲轴106是固定的。在图2中,阻尼器壳体204包括第一环形延伸部234和平行的且间隔开的第二环形延伸部236,其形成流体腔室206以接收飞轮202的至少一部分。如图2中所示的实施方式所示,第一环形延伸部234设置成接近飞轮202的法兰部分212的第一侧218,且第二环形延伸部236设置成接近飞轮202的法兰部分212的第二侧220,从而法兰部分212的至少一部分设置在第一和第二延伸部234、236之间。在一些实施方式中,第一延伸部234与第二延伸部236一体形成,而在另外的实施方式中,第一延伸部234通过一个或多个螺栓238连接至第二延伸部236,如图2中所示。第一延伸部234和第二延伸部236分别从法兰部分212的第一侧和第二侧218、220间隔开,从而飞轮202可在阻尼壳体204内旋转。第一和第二延伸部234、236各包括密封件240,例如O形环,从而分别在第一和第二延伸部234、236与法兰部分212的第一和第二侧218、220之间形成密封。

如图2中所示,流体腔室206是环形的,且在一些实施方式中,当飞轮202设置在流体腔室206内时具有U形流体填充部分。因此,当飞轮202设置在流体腔室206内时,流体腔室206的第一部分262在法兰部分212的第一侧218与第一延伸部234的第一内表面242之间延伸,且流体腔室206的第二部分264在法兰部分212的第二侧220与第二延伸部236的第二内表面244之间延伸。在图2中,流体腔室206的第三部分266还在法兰部分212的外侧边缘222与壳体204的侧边缘246之间延伸。因此,当流体腔室206填充有流体时,流体与飞轮202的法兰部分212的第一侧218、第二侧220和外侧边缘222直接接触,从而流体腔室206中的流体所施加力作用在飞轮202的法兰部分212的第一侧218、第二侧220和外侧边缘222上,如以下将更具体地说明。在一些实施方式中,流体腔室206通过密封件240与飞轮202之间的接触而密封,从而流体保持在流体腔室206中并且防止其朝向飞轮202的中心部分210泄露。在一些实施方式中,阻尼壳体204包括由塞子268密封的流体入口267,以有助于流体流入流体腔室206和从流体腔室206流出。

在一些实施方式中,流体腔室206被配置成接收磁流变流体或者其它“智能流体”,其响应于电输入而改变流体特性,该流体特性例如流体的粘性或者剪切强度。在一些实施方式中,该磁流变流体是由美国北卡罗来纳州的Cary的Lord Corp.制造的MRF-122EG。在操作中,如以下更详细地说明,磁流变流体在被激励时,根据从磁装置208至该磁流变流体的电输入而向飞轮202提供可变的拖曳力。

参考图2,阻尼系统102的磁性装置208大体设置成接近飞轮202的法兰部分212。在一些实施方式中,磁性装置208分别连接至第一和第二延伸部234、236的外表面254、256。然而,在一些实施方式中,磁性装置208仅连接至第一和第二延伸部234、236的外表面254、256中的一个。因此,在一些实施方式中,阻尼系统102包括接近法兰部分212的第一侧的多个磁性装置208和接近法兰部分212的第二侧220的多个磁性装置208。例如,如图4的实施方式中所示,在一些实施方式中,阻尼系统102包括布置成从飞轮202的中心轴线258径向延伸图案的多个磁性装置208。

如图5和6中所示,在一些实施方式中,阻尼系统102包括多个磁性装置208和多个永磁体209。在一些实施方式中,永磁体209连接至磁性装置208。在一些实施方式中,永磁体209与流体腔室206中的磁流变流体相互作用,以将稳定的力施加至飞轮202,该力由磁流变流体与磁性装置208(在一些实施方式中为电磁体)之间的相互作用所提供的力补充。因此,例如,在力矩的周期性下降过程中当飞轮202上的力矩下降时,永磁体209将稳定的力提供至飞轮202,并且在力矩循环增大至平均力矩以上时,可变电流提供至电控制磁体装置208以逆转磁通方向并减轻永磁体209的效果,因此通过减小拖曳力而减小旋转的阻力。

再参考图2,在一些实施方式中,磁性装置208为电磁体,且各电磁体直接或间接地电连接至一个或多个传感器103,一个或多个控制器,和/或一个或多个其它电装置,以控制电磁体的致动,如以下更具体地说明。在一些实施方式中,磁体装置208包括连接至散热装置的脚部280,以从磁体装置208释放热量。例如,在图2中所示的实施方式中,连接至第一延伸部234的磁体装置208包括连接至阻尼系统102的外壳260的脚部280,从而来自磁体装置208的热量散发至外壳260。在一些实施方式中,外壳260包括散热片(未示出)或者其它散热装置。

现参考图6和7,在一些实施方式中,阻尼系统102包括连接至飞轮202的涡轮叶片292,以将气流引入阻尼系统102从而冷却阻尼系统102。例如,在图6和7中所示的实施方式中,涡轮叶片292产生从外壳260的第一开口282沿着流线(flow line)286到外壳260中的第二开口284的气流。在一些实施方式中,飞轮202包括开口290,以让空气流过飞轮202中的开口290。在其它实施方式中,开口282、284和290设置在其它位置,以将气流沿着另外的流动路径引入阻尼系统102。在一些实施方式中,例如,涡轮叶片292和开口282、284和290被设置成允许空气在多个方向流动,例如图7中流线286、288所示的方向。再参考图6和7,在一些实施方式中,开口282、284分别包括透气盖294、296。在其它实施方式中,通过使用水套(water jacket)(未示出)而散除热量,其中通过风扇推动空气通过热交换器而冷却热水。在其它实施方式中,通过使用油冷却系统(未示出)而散除热量,其中通过风扇推动空气通过热交换器而冷却该油冷却系统。

在使用中,在几个示例性实施方式中,阻尼系统102根据从遍及泵传动系统105和其它相关位置(例如,一个或多个其它泵组件、井眼和流体管道)上的传感器103所接收的输入而向曲轴106施加反扭转脉冲或者拖曳力,从而减轻泵传动系统105中的振动。初始地,阻尼系统102在合适的位置连接至流体泵传动系统105。在图2中所示的实施方式中,例如,阻尼壳体204连接至泵壳体104,且阻尼系统102的飞轮202直接连接至曲轴106的“盲侧”或者端部214。在一些实施方式中,阻尼系统102作为往复运动的泵组件100或者泵传动系统105的整体部分而制造。

在阻尼系统102的流体腔室206中接收磁流变流体或者其它“智能流体”,并且磁体装置208(例如,一个或多个电磁体)直接或间接地连接至设置在泵组件100、泵传动系统105的不同位置或者其它位置处的一个或多个传感器103,如上所述。传感器103收集与泵组件100、传动系统105和其它装置的特性相关的数据,例如但不限于,与曲轴106的RPM、泵压力、传动轴力矩、旋转曲轴106位置、各构件的温度、压裂液的抽吸压、磁流变流体的温度相关的数据,其它流体泵的数据,来自各构件的数据,和其它类型的数据。在一些实施方式中,传感器数据被处理,且接着用于控制磁性装置208的致动,从而磁性装置208通过将特定力的反扭转脉冲施加至曲轴106而选择性地被致动以减轻和/或另外地消除泵传动系统105中的不良振动。在一些实施方式中,传感器数据用于抑制当前振动,而不是处理传感器数据来用于未来振动的预测性抑制。因此,阻尼系统102响应于泵组件100、泵传动系统105和其它相关构件中的当前振动。在其它实施方式中,传感器数据用于减轻当前振动,且还被处理以预测未来振动。例如,在一些实施方式中,在曲轴106的特定旋转位置处的实时传感器信号用于与在曲轴106的相同旋转位置的之前的传感器信号结合,从而施加更加精确地减轻泵传动系统105中的振动的拖曳力。

在致动时,磁性装置208形成磁场或磁通,其激活磁流变流体以增加流体的粘性和剪切强度。在流体腔室206中的该激活的流体将特定的拖曳力施加至法兰部分212的第一侧218,第二侧220和外侧边缘222。在一些实施方式中,通过磁流变流体施加至飞轮202的拖曳力是可通过磁流变流体的粘度和剪切强度的改变而改变的。在一些实施方式中,磁流变流体接收和适于根据实时或接近实时传感器数据和其它至磁性装置208的输入的最多每秒约1,000至约1,200电输入。提供至飞轮202的拖曳力的时间和强度通过传感器数据而确定,以抵消来自整个泵传动系统105的多个源的振动。该曲轴106连接至泵传动系统105,从而至曲轴106的脉冲还减轻了在泵传动系统105中的振动。在其它实施方式中,电磁体被DC电流激励,该DC电流可被反向,其中所有的电磁体或者选择的电磁体可增加或者减少磁通或者反转磁通方向,从而消耗在传动系统中的残余扭转振动(residual torsional vibration)。

图8示出了用于减轻在流体泵传动系统105中的振动的方法800的实施方式。方法800开始,且从可操作以感应流体泵传动系统105的特性的传感器103接收传感器信号,如框802所示。响应于接收传感器信号将电信号发送至阻尼系统102的电磁体,如框804所示。响应于接收电信号而选择性地接合电磁体,以激励磁流变流体来提供拖曳力至阻尼系统102的飞轮202,如框806所示。如上所述,被激励的磁流变流体将拖曳力施加至飞轮202,以向泵传动系统105提供反扭转脉冲来减轻在泵传动系统105中的振动。

在示例性实施方式中,如结合图1-8参考图9所示,阻尼控制系统大体由附图标记810指示且可操作地连接至泵组件100和阻尼系统102。在几个示例性实施方式中,阻尼控制系统810是阻尼系统102的一部分。在几个实例性实施方式中,阻尼系统102是阻尼控制系统810的一部分。如图9所示,传动轴812连接至输入法兰114。传动轴812可操作地连接至输入法兰114和传动装置(transmission)814,且在其间延伸。例如柴油机等的发动机816可操作地连接至传动装置814。在几个示例性实施方式中,泵传动系统105包括一个或多个泵曲轴106,齿轮箱或者齿轮减速器108和110,输入法兰114,传动轴812,传动装置814,以及柴油机816的一个或多个构件。泵组件100且因此曲轴106包括相反端部分818和820。齿轮减速器108和110,且因此传动轴812,传动装置814,和发动机816可操作以在曲轴106的端部分818连接至曲轴106。阻尼系统102在曲轴106的端部分820可操作地连接至曲轴106。因此,飞轮202在曲轴106的端部分820可操作地连接至曲轴106。在几个示例性实施方式中,阻尼系统102在泵组件100的端部分820处设置在泵组件100中。由于端部分820与齿轮减速器108和110相反,所以端部分820可作为在泵组件100或者曲轴106的“盲侧”。

如图9中所示,阻尼控制系统810包括可操作以连接至流体端壳体或者流体端112的压力传感器822,可操作地连接至曲轴106的曲轴位置传感器824,和可操作地连接至飞轮202的加速计826。在示例性实施方式中,压力传感器822被配置成至少感应流体端112的排出压力。在几个示例性实施方式中,替代或者除了排出压力以外,压力传感器822被配置成感应在流体端112内或者接近其的一种或多种其它压力。在示例性实施方式中,曲轴位置传感器824在泵组件100的端部分820连接至在泵组件100和/或设置在泵组件100内,且被配置成感应曲轴106的曲轴位置。在示例性实施方式中,加速计826是WIFI加速计。在示例性实施方式中,加速计826安装在飞轮202上。在几个示例性实施方式中,传感器103(如图1中所示)包括一个或多个压力传感器822,曲轴位置传感器824和加速计826。

阻尼控制系统810还包括处理器828,其与压力传感器822、曲轴位置传感器824和加速计826通信。计算机可读介质830可操作地连接至处理器828。控制器832与处理器828通信。控制器832与阻尼系统102通信。在几个示例性实施方式中,控制器832与一个或多个磁性装置208电连接,在几个示例性实施方式中该磁性装置208都是电磁体,例如,DC电磁体。例如,在图2和4-6中更清楚地示出了磁性装置208的示例性实施方式。

在几个示例性实施方式中,计算机可读介质830是非瞬时计算机可读介质,且包括存储在其上的多个指令;该指令是可存取的,且可由处理器828和/或控制器832执行。在几个示例性实施方式中,处理器832、计算机可读介质830和控制器832整体或部分地结合。在几个示例性实施方式中,控制器832包括整个处理器828或者其部分,和/或整个计算机可读介质830或者其部分。

在示例性实施方式中,如继续结合图1-9参考图10,操作阻尼控制系统810的方法大体由附图标记834指示。该方法834包括在步骤834a从传感器822、824和826(加速计826是传感器且可被称作传感器826)接收信号或者数据。在步骤834a,还可从设置成在整个泵组件100上,在泵组件100所处的场地的一个或多个泵组件上,和/或在该场地的其它位置处的传感器接收信号或数据。在步骤834a之前、期间或者之后,在步骤834b,计算泵组件100和发动机816的力矩特性。在步骤834b之前、期间或者之后,在步骤834c根据在步骤834b计算的力矩特性和在步骤834a接收的传感器数据而计算校正和修改响应。在步骤834c之前、期间或之后,在步骤834d根据在步骤834c修改的响应而计算每度曲轴角度对应的阻尼器响应电压。在步骤834d之前、期间或之后,在步骤834e控制信号(如电压信号)被发送至一个或多个磁体装置208,以提供力至飞轮202,从而减轻在曲轴106、齿轮减速器108和110、输入法兰114、传动轴812、传动装置814和发动机816的至少一个或多个中的振动。在几个示例性实施方式中,除了曲轴106、齿轮减速器108和110、输入法兰114、传动轴812、传动装置814和发动机816的至少一个或多个以外,在步骤834e,控制信号被发送至一个或多个磁性装置208,以减轻泵组件100内的振动,在几个示例性实施方式中,该泵组件100包括活塞116和/或流体端112中的一个或多个。

在示例性实施方式中,如继续结合图1-10参考图11所示,步骤834a包括在步骤834aa从压力传感器822接收信号或数据,在步骤834ab从曲轴位置传感器824接收信号,以及在步骤834ac从加速计826接收信号或数据。在几个示例性实施方式中,在步骤834a,处理器828在步骤834aa接收来自压力传感器822的信号或数据,在步骤834ab接收来自曲轴位置传感器824的信号或数据,以及在步骤834ac接收来自加速计826的信号或数据。在几个示例性实施方式中,使用处理器828、计算机可读介质830和控制器832中的一个或多个来执行步骤834aa、834ab和834ac中的一个或多个。在几个示例性实施方式中,顺序地、同时地或者部分顺序和部分同时地执行步骤834aa、834ab和834ac。在几个示例性实施方式中,步骤834aa、834ab和834ac中的每一个是在步骤834aa、834ab和834ac中的其它步骤之前、期间或之后执行。在几个示例性实施方式中,从步骤834a中省略了步骤834aa、834ab和834ac中的一个或多个。

步骤834b包括在步骤834ba计算泵组件100的泵抽吸力矩特性(pump suction torque characteristics),包括相对于平均值(强度和速度二者)的每度曲轴角度的力矩变化(例如,上和下的变化(+&-));在几个示例性实施方式中,使用至少在步骤834aa和834ab接收到的传感器数据执行步骤834ba。步骤834b还包括在步骤834bb计算泵组件100的泵排出力矩特性,包括相对于平均值(强度和速度二者)的每度曲轴角度的力矩变化(例如,上和下的变化(+&-));在几个示例性实施方式中,使用至少在步骤834aa和834ab接收到的传感器数据执行步骤834bb。步骤834b还包括在步骤834bc计算发动机816的力矩特性,包括相对于平均值(强度和速度二者)的每度曲轴角度的力矩变化(例如,上和下的变化(+&-));在几个示例性实施方式中,使用至少在步骤834aa和834ab接收到的传感器数据执行步骤834bc。

在几个示例性实施方式中,使用处理器828、计算机可读介质830和控制器832中的一个或多个来执行步骤834ba、834bb和834bc中的一个或多个。在几个示例性实施方式中,顺序地、同时地或者部分顺序和部分同时地执行步骤834ba、834bb和834bc。在几个示例性实施方式中,步骤834ba、834bb和834bc中的每一个是在步骤834ba、834bb和834bc中的其它步骤之前、期间或之后执行。在几个示例性实施方式中,从步骤834b中省略了步骤834ba、834bb和834bc中的一个或多个。

步骤834c包括在步骤834ca计算从之前响应到当前加速值(例如由加速度计826所感应的)的第一校正因子,并且修改该响应;在几个示例性实施方式中,至少使用在步骤834ac接收的传感器数据和在步骤834ba计算的泵抽吸力矩特性来执行步骤834ca。步骤834c还包括在步骤834cb计算从之前响应到当前加速值(例如由加速度计826所感应的)的第二校正因子,并且修改该响应;在几个示例性实施方式中,至少使用在步骤834bb接收的泵排出力矩和在步骤834ca确定的修改的响应来执行步骤834cb。该步骤834c还包括在步骤834cc计算从之前响应到当前加速值(例如由加速度计826所感应的)的第三校正因子,并且修改该响应;在几个示例性实施方式中,至少使用在步骤834bc所计算的发动机力矩特性和在步骤834cb确定的修改的响应来执行步骤834cc。

在几个示例性实施方式中,使用处理器828、计算机可读介质830和控制器832中的一个或多个来执行步骤834ca、834cb和834cc中的一个或多个。在几个示例性实施方式中,顺序地、同时地或者部分顺序和部分同时地执行步骤834ca、834cb和834cc。在几个示例性实施方式中,步骤834ca、834cb和834cc中的每一个是在步骤834ca、834cb和834cc中的其它步骤之前、期间或之后执行。在几个示例性实施方式中,从步骤834c中省略了步骤834ca、834cb和834cc中的一个或多个。

步骤834d包括在步骤834da至少使用在步骤834ca确定的修改的响应(其至少基于在步骤834ba计算的泵抽吸力矩特性)来计算每度曲轴角度的阻尼器响应,在步骤834db至少使用在步骤834cb确定的修改的响应(其至少基于在步骤834bb计算的泵排出力矩)来计算每度曲轴角度的阻尼器响应,以及在步骤834dc,至少使用在步骤834cc确定的修改的响应(其至少基于在步骤834bc计算的发动机力矩特性)来计算相对于平均值(强度和速度二者)的传动扭转振动/载荷变化(例如,上和下(+&-)),以及计算与每度曲轴角度对应的阻尼器响应电压。

在几个示例性实施方式中,使用处理器828、计算机可读介质830和控制器832中的一个或多个来执行步骤834da、834db和834dc中的一个或多个。在几个示例性实施方式中,顺序地、同时地或者部分顺序和部分同时地执行步骤834da、834db和834dc。在几个示例性实施方式中,步骤834da、834db和834dc中的每一个是在步骤834da、834db和834dc中的其它步骤之前、期间或之后执行。在几个示例性实施方式中,从步骤834d中省略了步骤834da、834db和834dc中的一个或多个。

步骤834e包括在步骤834ea发送电压命令至控制器832,该电压命令用于与泵冲程中的抽吸部分中的低RPM的控制对应的一个或多个磁性装置20,该电压命令基于在步骤834da计算的与每度曲轴角度对应的阻尼器响应电压。在步骤834eb,电压命令被发送至控制器832,用于与泵组件100中的低RPM的控制对应的一个或多个磁性装置208,该电压命令基于在步骤834db计算的与每度曲轴角度对应的阻尼器响应电压。在步骤834ec,电压命令发送至控制器832,用于与包括传动轴812、传动装置814和发动机816的一个或多个构件中的一个或多个的高RPM传动系统的控制对应的一个或多个磁性装置208,该电压命令基于在步骤834dc计算的每度曲轴角度的阻尼器响应电压。响应于在步骤834ea、834eb和834ec接收到的电压命令,在步骤834e的过程中,控制器832基于在步骤834ea、834eb和834ec接收到的电压命令而发送控制信号(例如,电压信号)至磁性装置208中的一个或多个,其中该电压命令相应地分别基于在步骤834da、834db、834dc计算的每度曲轴角度的阻尼器响应电压。因此,在步骤834e的发送至一个或多个磁性装置208的控制信号基于在步骤834da、834db和834dc计算的每度曲轴角度的阻尼器响应电压的一个或多个。

在几个示例性实施方式中,使用处理器828、计算机可读介质830和控制器832中的一个或多个执行步骤834ea、834eb和834ec中的一个或多个。在几个示例性实施方式中,顺序地、同时地或者部分顺序和部分同时地执行步骤834ea、834eb和834ec。在几个示例性实施方式中,步骤834ea、834eb和834ec中的每一个是在步骤834ea、834eb和834ec中的其它步骤之前、期间或之后执行。在几个示例性实施方式中,从步骤834e中省略了步骤834ea、834eb和834ec中的一个或多个。

在几个示例性实施方式中,根据图10和11所示以及如上所述的方法834,将最多三个控制信号发送至磁性装置208中的一个或多个。在示例性实施方式中,磁性装置208可以是DC磁体,其允许将磁通量(flux)方向反转,其可抵消永磁体209的效果。在一个示例性实施方式中,磁体装置208被分组为三个水平的阻尼响应。对应于步骤834eb的一个水平是在泵组件100用于液压破碎井眼所延伸穿过的地层时对泵组件100的高力矩变化的响应。与步骤834ea对应的另一个水平,是抵消在泵冲程的抽吸部分中的杆冲击载荷和气穴载荷。与步骤834ec对应的剩下的水平,是响应来自发动机816并且到达更高的频率的发动机扭转偏转;在几个示例性实施方式中,发动机816是柴油机。

在几个示例性实施方式中,使用根据方法834的加速计826提供了反馈回路,以检测由所进行的计算以外的其它情况导致的扭转振动。该扭转振动的示例包括由于在压裂液体中的增加的空气量引起的振动,由于引起气穴的压力降低引起的振动,由于如在压裂场地用于泵送流体至与泵组件100泵送流体到达的相同井眼的压裂车所液压引起的振动,由于改变弹性体状态的RPM改变所引起的振动,等等。根据以上说明,在方法834过程中,处理从加速计826接收的信号或数据并且形成校正因子,以校正命令信号来抵消未预测的振动。

在几个示例性实施方式中,控制器832包括至少三个控制器。

在示例性实施方式中,如继续结合图1-11参考图12中所示,大体以附图标记836来指示操作阻尼控制系统810的方法。该方法836包括检测在步骤836a检测泵传动系统中的力矩变化的开始,且在步骤836b响应于在步骤836a所检测的力矩变化的开始而发送信号至磁性装置208中的一个或多个。在步骤836c,通过磁性装置208和在步骤836b发送至其的信号而抵消泵传动系统中的力矩变化,以防止由于力矩变化在传动轴812、传动装置814和发动机816中的至少一个或多个中产生的不可接受的惯性。在几个示例性实施方式中,通过执行方法834而运行方法836。在几个示例性实施方式中,方法836的步骤836a至少包括方法834的步骤834a和834b。在几个示例性实施方式中,步骤836a至少包括方法834的步骤834a和834b,以及确定在步骤834b所计算的各力矩变化中的一个或多个到达每度曲轴角度平均(强度和速度二者)以上和/或以下的不可接受的阈值水平的步骤,在相应力矩变化中确定一个或多个不可接受趋势的步骤,确定相应力矩变化中的一个或多个到达不可接受百分比的步骤,和/或其任何组合。在几个示例性实施方式中,步骤836b至少包括方法834的步骤834c、834d和834e。

在几个示例性实施方式中,作为阻尼控制系统810的操作,方法834的执行,或方法836的执行的结果,在如传动轴812、传动装置814和发动机816中的一个或多个构件中的旋转构件被惯性激励之前消除了力矩变化。在几个示例性实施方式中,阻尼控制系统810的操作或者方法834或836的执行,不仅仅减轻了力矩变化而是抵消了力矩变化。

在几个示例性实施方式中,作为阻尼控制系统810的操作,方法834的执行,和/或方法836的执行的结果,可预计泵组件100中的力矩变化的开始且在力矩变化发生时即被抵消。因此,防止了在例如传动轴812、传动装置814和发动机816的一个或多个构件中的重旋转部件中的动量产生,否则该动量会形成必须消散的惯性,而需要由于力矩变化和重的旋转部件形成的惯性质量矩引起的更多的能量。然而,由于阻尼控制系统810的操作,方法834的执行和方法836的执行而不需要该能量。

在几个示例性实施方式中,根据阻尼控制系统810的操作,方法834的执行和/或方法836的执行,可包括处理器828,计算机可读介质830,和控制器832中的一个或多个或可作其一部分的泵监控计算机用于收集泵数据以及计算在至少由活塞116的往复运动引起力矩改变时抵消该力矩改变所需的正确响应。在几个示例性实施方式,该泵监控计算机被用于设置该类型泵的泵组件100的活塞116的冲程长度,活塞116的直径,流体端112的未扫过体积,流体端112的扫过体积,压缩体积,阀弹簧比率,阀打开压力,使用中的压裂液的压缩性,曲轴的行程,杆长度,泵RPM,曲轴角度,和泵压力。在几个示例性实施方式中,泵监控计算机运行程序以确定阀的延迟;在几个示例性实施方式中,该程序可存储在计算机可读介质830中,并且由处理器828和/或控制器832运行。阀延迟是力矩循环的逆转的开始点。为了曲轴角度事件(对于三缸泵为三个,对于五缸泵为五个)对阀延迟进行编程,且该旋转部件的几何形状的编程结果确定力矩变化曲线的峰值和谷值,包括其所发生的曲轴角度。在阀打开时,阻尼器系统102从控制器832接收一个或多个控制信号,以改变磁性装置208(其可以是电磁体)中的电流,引起在流体腔室206中的磁流变流体中的磁场,增加在磁流变流体中的剪切强度,引起在与累积力矩成比例的曲轴106的旋转中的阻力并且将该累积力矩抵消。在几个示例性实施方式中,在中间冲程,发送和传送至磁性装置208的信号开始减少,直到在旋转曲轴106中的阻力的释放等于所编程的力矩减小速度。在几个示例性实施方式中,阻尼系统102包括预定的载荷,从而循环可从力矩的增大和减小中增加和减少,从峰值到峰值;这通过永磁体209而实现,其效果通过程序的计算而改变且因此改变发送或者传送至磁体装置208的信号;在几个示例性实施方式中,该改变包括改变流入磁性装置208的电流,该磁性装置208可以是电磁体,例如DC磁体。

在几个示例性实施方式中,在阻尼控制系统810的操作,方法834的执行,和/或方法836的执行过程中使用不同的输入,变量,参数,中间计算和/或输出进行计算,包括以下的一个或多个:S=冲程长度(在示例性实施方式中这可由泵组件100的规格确定);T=泵的类型(即,泵组件100是三缸泵,五缸泵等);RL=杆长度(在示例性实施方式中这可由泵组件100的规格确定);RLS=杆载荷冲击(在示例性实施方式中这可由计算确定);RLSA=发生杆载荷冲击的角度(在示例性实施方式中这可由历史记录数据确定);D=活塞直径(在示例性实施方式中这可由泵组件100的规格确定);RPM=泵曲轴RPM(在示例性实施方式中这可由连接至泵组件100的传感器确定);DRPM=柴油机RPM(在示例性实施方式中这可由连接至发动机816的传感器确定);PSI=泵排出压力(在示例性实施方式中这可由诸如传感器822等的传感器确定);PPK=在阀打开过程中的压力峰值(在示例性实施方式中这可由传感器确定);PVO=在阀打开过程中的压力(在示例性实施方式中这可由PPK,PSI和计算确定);PVOA=在阀打开时的曲轴角度(在示例性实施方式中这可由PVO和曲轴位置确定);CA=泵曲轴角度(在示例性实施方式中这可由传感器确定);CT=泵曲轴行程(在示例性实施方式中这可由泵组件100的规格确定);C=压裂流体的压缩性(在示例性实施方式中这可由压裂公司数据确定);VD=阀延迟(在示例性实施方式中这可由计算确定);VA1=第一排出阀开口的计算曲轴角度(在示例性实施方式中这可由计算确定);VA2=第二排出阀开口的计算曲轴角度(在示例性实施方式中这可由计算确定);VA3=第三排出阀开口的计算曲轴角度(在示例性实施方式中这可由计算确定);VA4=第四排出阀开口的计算曲轴角度(在示例性实施方式中这可由计算确定且用于五缸泵类型);VA5=第五排出阀开口的计算曲轴角度(在示例性实施方式中这可由计算确定且用于五缸泵类型);TVO=在阀开口处的力矩(在示例性实施方式中这可由计算和曲轴位置传感器824确定);UV=未扫过体积(在示例性实施方式中这可由流体气缸(或者整个或部分流体端112)的实体模型的计算流体动力学(CFD)确定);SV=扫过体积(在示例性实施方式中这可由流体气缸(或者整个或部分流体端112)的实体模型的CFD确定);TV=总的压缩体积(在示例性实施方式中这可由流体气缸(或者整个或部分流体端112)的实体模型的CFD确定);PTV=当实现TV时的活塞位置(在示例性实施方式中这可由泵组件100的规格和TV计算确定);CO=控制器输出(至磁性装置208(例如,至电磁体的电压信号)的控制信号);ME=在整个驱动系统中的旋转构件的质量弹性性能(在示例性实施方式中这可由驱动系统中的旋转部件的动态FEA模型确定);和DN=发动机816中的气缸的数量(在几个示例性实施方式中为柴油机)。在几个示例性实施方式中,在阻尼控制系统810的操作,方法834的执行,和/或方法836的执行过程中,VA1是至少RPM、PSI和PTV的函数,VA2是至少RPM、PSI和PTV以及72(对于五缸泵类型)或60(对于三缸泵类型)的函数,VA3是至少RPM、PSI和PTV以及144(对于五缸泵类型)或者120(对于三缸泵类型)的函数,VA4是至少RPM、PSI和PTV以及216(对于五缸泵类型)的函数,以及VA5是至少RPM、PSI和PTV+288(对于五缸泵类型)的函数。在几个示例性实施方式中,可在阻尼控制系统810的操作,方法834的执行,和/或方法836的执行过程中使用基于用于磁场的Maxwell方程式和用于流体流的纳维-斯托克斯方程的模型来进行计算,其中磁体积力基于与流体流动问题相关的计算的磁场。

在示例性实施方式中,如继续结合图1-12参考图13,阻尼控制系统大体以附图标记838指示,并且包括阻尼控制系统810的所有构件,其中相同构件使用相同附图标记指示。图13中所示的阻尼控制系统838还包括反向通量二极管840,其在控制器832和磁性装置208之间串联地电连接。在几个示例性实施方式中,磁性装置208为由可逆转的DC电流激励的DC电磁体,其中所有的电磁体或者选择的电磁体可增加或减少通量或者逆转通量方向从而将传动系统中的残余扭转振动消散。在几个示例性实施方式中,磁性装置208可以是DC磁体,其允许通量方向的逆转,从而可抵消永磁体209的效果。在几个示例性实施方式中,逆转的通量二极管840抵消逆转命令,以防止发送至磁体装置208的信号返回至控制器832。在几个示例性实施方式中,除了反向通量二极管840的另外的操作之外,阻尼控制系统838的操作与阻尼控制系统810的上述操作相同;因此,将不再进一步说明阻尼控制系统838的操作。在几个示例性实施方式中,方法834是操作如图13中所示的阻尼控制系统838的方法。在几个示例性实施方式中,可使用阻尼控制系统838来执行方法834。在几个示例性实施方式中,该方法836是操作如图13中所示的阻尼控制系统838的方法。在几个示例性实施方式中,可使用阻尼控制系统838来执行方法836。

在示例性实施方式中,如继续结合图1-13参考图14所示,在图表中提供了用于液压压裂操作中的三缸往复运动泵组件的每RPM的理论力矩变化的示例性实施方式。在该图表中的实线是累积理论力矩且虚线显示了对阀延迟的校正。阀延迟是在流体端112中的排出阀打开之前,泵组件100所泵送的流体压缩并且积聚压力到达液压压裂压力所需要的结果。排出阀的突然打开所导致的冲击将力矩峰值(torque spike)置于从发动机816到泵组件100的旋转构件中。如图14中所示,三缸往复运动泵组件的平均力矩可以为约95000尺磅。在几个示例性实施方式中,在该平均值以上和以下的变化在每个循环发生一次,且在常规液压压裂操作过程中,这表示在每分钟630到1500次在三缸往复运动泵组件上的力矩最小改变23%。在传动系统中的其它因子将增加该百分比,例如,气穴、阀延迟、杆振动、发动机振动等。由于从泵组件100到发动机816的传动系统是硬连接的,所以力矩变化沿着整个传动系统传递,其中发动机816(例如往复运动柴油机)的力矩变化增加至其上。然而,阻尼控制系统810的操作,阻尼控制系统838的操作,方法834的执行,和方法836的执行中的每一个在这些力矩变化发生时将其抵消,而不是在惯量卷入旋转质量之后,从而将损坏力矩或者振动减小至一水平,其中剩下的(剩余的)力矩或振动将不再损坏传动系统中的设备。

在示例性实施方式中,如继续结合图1-14参考图15所示,在图表中提供了用于液压压裂操作中的五缸往复运动泵组件的每RPM的理论力矩变化的示例性实施方式。在该图表中的实线是累积的理论力矩,且虚线显示了对阀延迟(valve decay)的校正。如上所述,阀延迟是在流体端112中的排出阀打开之前,泵组件100所泵送的流体压缩并且积聚压力到达液压压裂压力所需要的结果。排出阀的突然打开所导致的冲击将力矩峰值(torque spike)置于从发动机816到泵组件100的旋转构件中。如图15中所示,五缸往复运动泵组件的平均力矩可以为约160000尺磅。在几个示例性实施方式中,在该平均值以上和以下的变化在每个循环发生一次,且在常规液压压裂操作过程中,这表示在每分钟1050到2500次在五缸往复运动泵组件上的力矩最小改变7%。在传动系统中的其它因子将增加该百分比,例如,气穴、阀延迟、杆振动、发动机振动等。由于从泵组件100到发动机816的传动系统是硬连接的,所以力矩变化沿着整个传动系统传递,其中发动机816(例如往复运动柴油机)的力矩变化增加至其上。然而,阻尼控制系统810的操作,阻尼控制系统838的操作,方法834的执行,和方法836的执行中的每一个在这些力矩变化发生时将其抵消,而不是在惯量卷入旋转质量之后,从而将损坏力矩或者振动减小至一水平,其中剩下的(剩余的)力矩或振动将不再损坏传动系统中的设备。

在几个示例性实施方式中,根据阻尼控制系统810、方法834、方法836和阻尼控制系统838中的一个或多个,安装在液压压裂泵组件的曲轴的盲侧上的智能磁流变阻尼传动系统阻尼器可在力矩变化发生时将其减轻,从而防止质量惯性矩通过曲轴进入齿轮箱、传动轴、传动装置和柴油机,在其中引起对所有旋转构件的昂贵的磨损损坏(传动装置第一次失效的时间通常是1200小时)。因此,阻尼控制系统810、方法834、方法836和阻尼控制系统838的一个或多个延长了曲轴106、齿轮减速器108和110、传动轴812、传动装置814和发动机816中的一个或多个的有效使用寿命。

在示例性实施方式中,如继续结合图1-15参考图16所示,阻尼系统102包括多个固定永磁体842,其分别具有正极。在几个示例性实施方式中,固定永磁体842中的一个或多个连接至阻尼器壳体204、动力端壳体104或者其组合。阻尼器系统102还包括多个旋转永磁体844,其分别具有正极。在几个示例性实施方式中,旋转永磁体844的一个或多个连接至飞轮202、曲轴106或者其组合。在几个示例性实施方式中,固定永磁体842的各正极的每一个被配置成与旋转永磁体844的各正极中的相应的一个相互作用。

在几个示例性实施方式中,泵组件100是五缸泵,且在该五缸泵的操作过程中其中的液压经历波动。在图16中示出了五缸泵的操作过程中液压压力波动的示图846。在阻尼系统102的上述操作过程中,旋转永磁体844随着飞轮202旋转。在该旋转过程中,固定永磁体842的各正极与旋转永磁体844的相应正极相互作用,在液压降低或下降时推动各对极之间的分离,如图16所示。在几个示例性实施方式中,该磁性装置208为电磁体,且阻尼系统102使用磁性装置208来影响固定永磁体842和旋转永磁体844的各组正极之间的相互作用状态。因此,在几个示例性实施方式中,负载减小和/或热量减少。在几个示例性实施方式中,固定永磁体842和旋转永磁体844被技巧地设置以减小载荷。

在几个示例性实施方式中,磁性装置208用于阻尼系统102,从而磁流变-引起拖曳(以减轻质量惯性矩中的改变)被计算出并且在旋转质量(来自往复运动载荷)中形成载荷的精确时刻提供,从而在该载荷成为旋转构件中惯性的改变之前将其减轻。实现该转变的所有能量转换为热量,且该热量在磁流变流体中累积。因此,使用一种或者多种冷却方法耗散该热量。在几个示例性实施方式中,预计能量改变中的一些由永磁体842和/或844保持;因此,一些或者所有的热量由例如流动空气冷却,且激活磁流变流体所需的电流减小。如图16中所示,根据往复运动能量的时间而设置永磁体842和844。在图16中,作为五缸泵的泵组件100仅是泵的一个示例;该泵组件100可以是另一类型的泵且因此永磁体842和844的数量可相应地增加或减少。例如,如果泵组件100是三缸泵,则永磁体842和844的数量可相应地减少。

在示例性实施方式中,如继续结合图1-16参考图17所示,阻尼系统102包括多个固定永磁体848,其分别具有负极。在几个示例性实施方式中,固定永磁体848中的一个或多个连接至阻尼器壳体204、动力端壳体104或者其组合。阻尼器系统102还包括多个旋转永磁体850,其分别具有正极。在几个示例性实施方式中,旋转永磁体850的一个或多个连接至飞轮202、曲轴106或者其组合。在几个示例性实施方式中,固定永磁体848的各自负极的每一个被配置成与旋转永磁体850的各自正极中的相应的一个相互作用。

在几个示例性实施方式中,泵组件100是五缸泵,且在该五缸泵的操作过程中其中的液压经历波动。在图17中示出了五缸泵的操作过程中液压压力波动的示图846。在阻尼系统102的上述操作过程中,旋转永磁体850随着飞轮202旋转。在该旋转过程中,固定永磁体848的各自负极与旋转永磁体850的相应正极相互作用,在液压增大时推动各对极之间的结合或相接触,如图17所示。在几个示例性实施方式中,该磁性装置208为电磁体,且阻尼系统102使用电磁装置208来影响固定永磁体848和旋转永磁体850的各组负极之间的相互作用状态。因此,在几个示例性实施方式中,负载减小和/或热量减少。在几个示例性实施方式中,固定永磁体848和旋转永磁体850被技巧地设置以减小载荷。

在几个示例性实施方式中,磁性装置208用于阻尼系统102,从而磁流变-引起的拖曳(以减轻质量惯性矩中的改变)被计算出并且在旋转质量(来自往复运动载荷)中形成载荷的精确时刻提供,从而在该载荷成为旋转构件中惯性的改变之前将其减轻。实现该转变的所有能量转换为热量,且该热量在磁流变流体中累积。因此,使用一种或者多种冷却方法耗散该热量。在几个示例性实施方式中,预计能量改变中的一些由永磁体848和/或850保持;因此,一些或者所有的热量由例如流动空气冷却,且激活磁流变流体所需的电流减小。如图17中所示,根据往复运动能量的时间而设置永磁体848和850。在图17中,作为五缸泵的泵组件100仅是泵的一个示例;该泵组件100可以是另一类型的泵且因此永磁体848和850的数量可相应地增加或减少。例如,如果泵组件100是三缸泵,则永磁体848和850的数量可相应地减少。

在几个示例性实施方式中,阻尼系统102包括一个或多个相应的永磁体对842和844,以及一个或多个相应的永磁体对848和850;在几个示例性实施方式中,该相应的对可相对于液压浮动的图示846而改变。

在示例性实施方式中,如继续结合图1-17参考图18所示,示出了用于实施上述网络,元件,方法和/或步骤,和/或其任何组合中的一个或多个的一个或多个实施方式的计算装置1000。计算装置1000包括微处理器1000a,输入装置1000b,存储装置1000c,视频控制器1000d,系统存储器1000e,显示器1000f,和通信装置1000g,所有这些都由一条或多条总线1000h相互连接。在几个示例性实施方式中,存储装置1000c可包括软盘驱动器,硬盘驱动器,CD-ROM,光驱,任何其它形式的存储装置和/或其任何组合。在几个示例性实施方式中,存储装置1000c可包括和/或能够接收软盘,CD-ROM,DVD-ROM,或者含有可执行指令的任何其它形式的计算机可读介质。在几个示例性实施方式中,通信装置1000g可包括调制解调器,网卡,或者可让该计算装置与其它计算装置通信的任何其它装置。在几个示例性实施方式中,任何计算装置表示多个互连的(无论是局域网或者互联网)计算系统,包括但不限于个人计算机,大型电脑,PDA,智能手机和手机。

在几个示例性实施方式中,阻尼控制系统810和/或阻尼控制系统838的一个或多个构件,例如一个或多个处理器828,计算机可读介质830,和控制器832,至少包括计算装置1000和/或其构件,和/或与计算装置1000基本相似的一个或多个计算装置和/或其构件。在几个示例性实施方式中,计算装置1000,处理器828,计算机可读介质830,和控制器832的上述构件中的一个或多个分别包括多个相同的构件。

在几个示例性实施方式中,计算机系统通常至少包括能够执行机器可读指令的硬件,以及用于执行产生要求结果的动作(通常为机器可读指令)的软件。在几个示例性实施方式中,计算机系统可包括硬件和软件的组合,以及计算机子系统。

在几个示例性实施方式中,硬件大体至少包括处理器兼容平台(processor-capable platform),例如客户机(也称作个人计算机或者服务器),手持处理装置(例如智能手机,平板电脑,个人数字助理(PDA)或者个人计算装置(PCD))。在几个示例性实施方式中,硬件可包括任何能够存储机器可读指令的物理设备,例如存储器或者其它数据存储装置。在几个示例性实施方式中,其它形式的硬件包括硬件子系统,包括转换装置,如调制解调器、调制解调器卡、端口和端口卡。

在几个示例性实施方式中,软件包括存储在诸如RAM或ROM等的存储介质中的任何机器码,以及存储在其它装置(例如,软盘,闪存或者CD ROM)中的机器码。在几个示例性实施方式中,软件可包括源或者目标代码。在几个示例性实施方式中,软件包括能够在诸如客户机或服务器等的计算装置上运行的任何指令组。

在几个示例性实施方式中,软件和硬件的结合还可用于对本发明的一些实施方式提供改进的功能和性能。在几个示例性实施方式中,软件功能可直接制造为硅片。因此,应理解硬件和软件的组合还包括在计算机系统的定义中,并且可从本公开预见可能的等同结构和等同方法。

在几个示例性实施方式中,计算机可读介质包括,例如被动数据存储器,例如随机存储器(RAM),以及半永久数据存储器,例如光盘只读存储器(CD-ROM)。本发明的一个或多个示例性实施方式可应用在计算机的RAM中以将标准计算机转换为新的专用计算机。在几个示例性实施方式中,数据结构是可实现本发明的实施方式的限定的数据组织。在示例性实施方式中,数据结构可提供数据组织,或者可运行代码的组织。

在几个示例性实施方式中,任何网络和/或其一个或多个部分可被分配在任何架构上工作。在示例性实施方式中,任何网络的一个或多个部分可在单个计算机、本地局域网、客户-服务器网络、广域网络、互联网、手持和其它便携和无线装置和网络上运行。

在几个示例性实施方式中,数据库可以是任何标准或者专有的数据库软件。在几个示例性实施方式中,该数据库可具有域、记录、数据和在数据库特定软件中相关的其它数据库元件。在几个示例性实施方式中,数据被映象。在几个示例性实施方式中,映象是将一个输入入口与另一个数据入口关联的处理。在示例性实施方式中,在字符文件的位置中含有的数据可映象至第二个表中的域。在几个示例性实施方式中,数据库的物理位置是不限的,且数据库可以是分布式的。在几个示例性实施方式中,数据库可远离服务器,且在单独的平台上运行。在示例性实施方式中,数据库可以是在互联网上可访问的。在几个示例性实施方式中,可设置多于一个的数据库。

在几个示例性实施方式中,可通过一个或多个处理器运行存储在非瞬时计算机可读介质上的多个指令,以使得一个或多个处理器执行或者实施上述示例性实施方式的每一个的上述操作的全部或者部分,包括但不限于,阻尼控制系统810、方法834、方法836、阻尼控制系统838和/或其任何组合。在几个示例性实施方式中,该处理器可包括微处理器1000a,处理器828,作为阻尼控制系统810或者838的构件的部分的任何处理器,和/或其任何组合,并且计算机可读介质可在阻尼控制系统810或838的一个或多个构件中分布。在几个示例性实施方式中,该处理器可运行与虚拟计算机系统相关的多个执行。在几个示例性实施方式中,该多个指令可与一个或多个处理器直接通信,和/或可与一个或多个操作系统、中间设备、固件、其它设备和/或其任何组合相互作用,以使得一个或多个处理器执行所述指令。

在一些实施方式的上述说明中,为了清楚的目的使用特定术语。然而,本发明不用于限制所选择的具体术语,且应理解个具体术语包括其它的技术等同,其以相似的方式完成相似的技术目的。诸如“左”和“右”,“前”和“后”,“上”和“下”等的术语作为方便的词语提供参考位置而不应构成限制性术语。

在本说明中,词“包括”应理解为其“开放”意义,即“具有”的意思,因此不应被限制为“封闭”意义,即“仅包括”的意思。相应的意思也适用于相应的词“包括”,“包括有”等。

此外,前述仅说明了一些实施方式,可进行改变、修改、增加和/或变化而不偏离所公开的实施方式的范围和实质,该实施方式是示意性的而不是限制性的。

此外,所说明的实施方式涉及当前考虑为最实用和最优选的实施方式,其应理解为实施方式不应限于所公开的实施方式,相反地,旨在覆盖包括在该实施方式的实质和范围内的不同的修改和等同设置。此外,上述说明的多种实施方式可与其它实施方式共同应用,如,一个实施方式的方面可与另一个实施方式的方面结合而实现再另一个实施方式。另外,任何给定组件的各独立特征或构件可构成另外的实施方式。

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