专利名称：电驱动压裂泵车的制作方法
技术领域：
本实用新型属于石油开采技术领域，涉及一种石油开采用机械作业设备，尤其是涉及一种电驱动压裂泵车。
背景技术：
压裂是油气田增储上产的重要技术手段，需要借助高压流体先将地层裂缝压开，再往裂缝中充填压裂砂，增强地层渗透率，提高油气产量。在压裂施工中，压裂设备性能好坏决定压裂技术提高的实现。精良的压裂装备是压裂施工必备的技术支撑。我国油气田压裂施工作业总量每年以10% 20%的速度增 长，随着深井和难井的开发，压裂施工规模逐渐增大。国内拥有的压裂设备远不能满足压裂施工增长需求。大功率压裂机组是高技术含量石油装备，欧美国家，特别是美国在这一领域已有80年的研发生产和应用历史。在相当长的一个时期，我国获取先进压裂装备的途径就是进口。压裂装备特别是大功率压裂装备一度成为我国油气生产领域的“卡脖子”设备。压裂泵车是将泵送设备安装在自走式卡车底盘上，用来执行高压力、大排量的油井压裂增产作业的特种作业装备。该装置由底盘和上装设备两部分组成。底盘主要为整车提供移运功能，此外还为上装部分(车台)的辅助系统提供动力；上装部分是压裂泵车的工作部分，主要由动力系统、传动系统、压裂泵和管汇系统等组成。由动力系统产生的动力，通过传动系统传递到压裂泵动力端，驱动压裂泵进行工作。现有技术中，无论是进口产品，还是国产车辆，其压裂泵车均采用“柴油机-液力变矩器-传动轴-压裂泵”的动力传动方案。这种布置方式是基于发动机为原动机的动力方案。存在的主要问题是1、当压裂泵车的单机功率达到1500kW以上的时候，发动机成本迅速上升，选型困难；2、由于大功率柴油机和变速箱尺寸重量大，不利于车载方案的设计和更大功率泵车的开发，柴油机驱动方案成为制约新型压裂泵车开发的瓶颈；3、配套的变矩器等元件选型范围窄，价格高；重要元件(发动机、变矩器、变扭器等)均需要进口，不仅造成整机成本高昂，还阻碍了具有自主知识产权装备的开发；4、大功率压裂泵车编组在野外运行时，燃油消耗大，油料补给成本高，推升整体作业成本；5、柴油机输出功率在非经济运行区间时，燃油消耗大，对不同作业条件的适应性差。6、大功率柴油机噪音大、排放高，工人作业条件差。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种电驱动压裂泵车，其结构简单，设计新颖合理，配套方便，造价低，自动控制水平高，工作效率高，能源供应方便，节能减排效果好，易于维护，工作可靠性高，便于推广使用。为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是一种电驱动压裂泵车，包括带驾驶室的卡车底盘，所述卡车底盘上安装有润滑冷却系统和压裂泵，以及与压裂泵连接的吸入管汇和排出管汇，其特征在于所述卡车底盘上还安装有电驱动系统和控制系统，所述电驱动系统包括用于驱动压裂泵运转的电动机和电动机驱动装置，所述控制系统包括用于控制电动机驱动装置的主动力控制系统以及用于控制润滑冷却系统的辅助动力控制系统，所述电动机驱动装置、主动力控制系统和辅助动力控制系统均通过外部电源供电。上述的电驱动压裂泵车，其特征在于所述电动机为一台，所述电动机通过第一联轴器与所述压裂泵连接。上述的电驱动压裂泵车，其特征在于所述电动机为两台且分别为第一电动机和第二电动机，所述电动机驱动装置为两台且分别为与第一电动机连接的第一电动机驱动装置和与第二电动机连接的第二电动机驱动装置，所述电驱动系统还包括变速箱，所述第一电动机通过第二联轴器与变速箱连接，所述第二电动机通过第三联轴器与变速箱连接，所述变速箱通过第四联轴器与压裂泵连接。上述的电驱动压裂泵车，其特征在于所述外部电源包括井场电网、与井场电网连接的主变压器和与所述主变压器连接的辅助变压器，所述辅助变压器安装在所述卡车底盘上，所述电动机驱动装置与所述主变压器连接，所述主动力控制系统和辅助动力控制系统 均与所述辅助变压器连接。上述的电驱动压裂泵车，其特征在于所述外部电源包括发电机组和与所述发电机组连接的辅助变压器，所述辅助变压器安装在所述卡车底盘上，所述电动机驱动装置与所述发电机组连接，所述主动力控制系统和辅助动力控制系统均与所述辅助变压器连接。上述的电驱动压裂泵车，其特征在于所述发电机组的数量为一台或多台，多台所述发电机组相互并联。上述的电驱动压裂泵车，其特征在于所述主动力控制系统包括控制器和与控制器相接的人机交互设备，所述电动机驱动装置与所述控制器相接。上述的电驱动压裂泵车，其特征在于所述主动力控制系统安装在主控制柜内，所述辅助动力控制系统安装在辅助控制柜内，所述电动机驱动装置、主控制柜和辅助控制柜均设置在电控房内，所述电控房安装在所述卡车底盘上。上述的电驱动压裂泵车，其特征在于所述电动机为交流电动机或直流电动机，所述电动机驱动装置为与电动机配套的交流电动机驱动装置或直流电动机驱动装置。上述的电驱动压裂泵车，其特征在于所述交流电动机驱动装置为变频器，所述直流电动机驱动装置为可控硅。本实用新型与现有技术相比具有以下优点I、本实用新型的结构简单，设计新颖合理。2、配套方便本实用新型中电动机和相应的变频器、可控硅在国内外均有成熟的产品，选型配套方便。3、造价低本实用新型以电动机作为原动机驱动压裂泵，可以根据所驱动的压裂泵的功率，选择电动机的数量，中等功率的电动机造价低，用电动机驱动装置驱动电动机时，整体造价比发动机方案低。4、自动控制水平高，提高了工作效率在电动机驱动装置驱动下，电动机可在不同功率输出下保持最佳的能源利用率，使作业能源消耗达到最低，节能减排效果好，同时可以实现扭矩、转速的各种匹配输出方式，易于提高压裂作业的自动化水平和效率。5、能源供应方便本实用新型采用电力驱动方式，可以直接利用井场电网供电，省去了油料运输。6、易于维护本实用新型采用电动机驱动压裂泵运转，与大功率柴油机相比，该电驱动方案的维护非常简单，控制指标少，大大减少了日常维护工作量和成本。7、工作可靠性高电动机系统的可靠性远高于柴油机系统，交流电动机可以实现20年免维护，电动机驱动装置无论是采用变频器还是可控硅，均可保持长期不间断运行，在采用多台柴油机发电机机组供电的情况下，多台机组并联的可靠性高于单台大功率柴油机的可靠性，其中一台机组出现问题，系统可以降功率继续运行，不影响压裂作业。8、本实用新型的使用效果好，便于推广使用。综上所述，本实用新型结构简单，设计新颖合理，配套方便，造价低，自动控制水平高，工作效率高，能源供应方便，节能减排效果好，易于维护，工作可靠性高，解决了现有技术中压裂泵车动力传动系统存在的燃油消耗大、发动机和变矩器配套困难、机组低功率运行时油耗大、作业条件差等缺陷和不足，便于推广使用。、下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
图I为本实用新型实施例I的结构示意图。图2为本实用新型实施例2的结构示意图。图3为图2的俯视图。图4为本实用新型实施例I的供电连接关系示意图。图5为本实用新型实施例2的供电连接关系示意图。附图标记说明I-卡车底盘；1-1-驾驶室；2-电控房；3-电动机驱动装置；3-1-第一电动机驱动装置；3-2-第二电动机驱动装置； 4-电动机；4-1-第一电动机； 4-2-第二电动机；5-压裂泵；6-1-吸入管汇；6-2-排出管汇；7-辅助变压器；8-润滑冷却系统； 9-1-第一联轴器；9-2-第二联轴器；9-3-第三联轴器； 9-4-第四联轴器；10-变速箱；11-主变压器；12-发电机组；12-1-第一发电机组；12-1-第二发电机组；13-1-主控制柜；13-2-辅助控制柜；14-主动力控制系统；14-1-控制器；14-2-人机交互设备；15-辅助动力控制系统；16-井场电网。
具体实施方式
实施例I如图I所示，本实用新型包括带驾驶室1-1的卡车底盘1，所述卡车底盘I上安装有润滑冷却系统8和压裂泵5，以及与压裂泵5连接的吸入管汇6-1和排出管汇6-2，所述卡车底盘I上还安装有电驱动系统和控制系统，所述电驱动系统包括用于驱动压裂泵5运转的电动机4和电动机驱动装置3，所述控制系统包括用于控制电动机驱动装置3的主动力控制系统14以及用于控制润滑冷却系统8的辅助动力控制系统15，所述电动机驱动装置3、主动力控制系统14和辅助动力控制系统15均通过外部电源供电。本实施例中，所述电动机4为一台，所述电动机4通过第一联轴器9-1与所述压裂泵5连接。当压裂泵5输入功率需要较小时(例如小于900kW)，就可以用单台大功率电动机4直接驱动压裂泵5。本实施例中，所述外部电源包括井场电网16、与井场电网16连接的主变压器11和与所述主变压器11连接的辅助变压器7，所述辅助变压器7安装在所述卡车底盘I上，所述电动机驱动装置3与所述主变压器11连接，所述主动力控制系统14和辅助动力控制系统15均与所述辅助变压器7连接；这种供电方案是整车造价和运行成本最低的方案。具体地，如图4所示，所述主变压器11的一次侧线圈通过电缆以及串联在电缆上的真空断路器Zl和真空断路器Z2与井场电网16连接，所述真空断路器Zl与井场电网16之间的电缆上连接有电流互感器TAl、避雷器Fl和带电指示灯LI，所述电流互感器TAl上连接有电流表 Al，所述真空断路器Zl和与真空断路器Z2之间的电缆上连接有避雷器F2且连接有相串联的熔断器FU和电压互感器TV，所述电压互感器TV上连接有电压表V，所述真空断路器Z2与主变压器11的一次侧线圈之间的电缆上连接有电流互感器TA2、避雷器F3、接地开关K和带电指示灯L2，所述电流互感器TA2上连接有电流表A2 ;所述辅助变压器7的一次侧线圈通过断路器QFl和断路器QF2与主变压器11的二次侧线圈连接。本实施例中，所述主动力控制系统14包括控制器14-1和与控制器14-1相接的人机交互设备14-2，所述电动机驱动装置3与所述控制器14-1相接。具体地，所述主动力控制系统14还包括进线断路器、电压检测电路、电流检测电路等，均采用现有技术中的常规电路连接；所述电动机驱动装置3的电源端通过进线断路器QF3和断路器QFl与主变压器11的二次侧线圈连接；所述控制器14-1和人机交互设备14-2的电源端均与辅助变压器7的二次侧线圈连接；所述辅助动力控制系统15的电源进线端与辅助变压器7的二次侧线圈连接。通过人机交互设备14-2设置的参数包括电动机驱动装置3的启动停止、润滑冷却系统8的启动停止、电动机4的启动停止、电动机4的转速和压裂泵5的压力，通过人机交互设备14-2显示的参数包括电动机驱动装置3的运行状态(包括启停状态和转速)、压裂泵5的输出压力和输出排量、压裂泵5润滑油压力和温度、以及电路中的电流和电压，以上显示的参数均通过现有技术中的常规检测手段检测得到并传输给控制器14-1，控制器14-1再控制人机交互设备14-2进行显示。所述辅助动力控制系统15主要为润滑冷却系统8的控制回路，包括有断路器、接触器、热继电器以及控制继电器等元器件，均采用现有技术中的常规电路连接。本实施例中，所述主动力控制系统14安装在主控制柜13-1内，所述辅助动力控制系统15安装在辅助控制柜13-2内，所述电动机驱动装置3、主控制柜13-1和辅助控制柜13-2均设置在电控房2内，所述电控房2安装在所述卡车底盘I上。具体地，所述电控房2的墙体可以通过钢板焊接而成，为了使得电控房2具有保温功能，以便确保电控房2内的设备能在合适的温度下工作，可以通过将电控房2的墙体设置为双层结构并在电控房2的墙体内填充耐火材料来实现；另外，还可以在电控房2的墙体上安装活动门，在电控房2内设置座椅2-1，方便操作人员进出及对安装在电控房内的设备进行控制。 本实施例中，所述电动机4为交流电动机或直流电动机，所述电动机驱动装置3为与电动机4配套的交流电动机驱动装置或直流电动机驱动装置。具体地，所述交流电动机驱动装置为变频器，所述直流电动机驱动装置为可控硅，即当电动机4采用交流电动机时，电动机驱动装置3采用变频器实现，当电动机4采用直流电动机时，电动机驱动装置3采用可控硅实现，两种驱动方案均有显著的节能、减排效果。实施例2如图2和图3所示，本实施例与实施例I不同的是所述电动机4为两台且分别为第一电动机4-1和第二电动机4-2，所述电动机驱动装置3为两台且分别为与第一电动机4-1连接的第一电动机驱动装置3-1和与第二电动机4-2连接的第二电动机驱动装置3-2，所述电驱动系统还包括变速箱10，所述第一电动机4-1通过第二联轴器9-2与变速箱10连接，所述第二电动机4-2通过第三联轴器9-3与变速箱10连接，所述变速箱10通过第四联 轴器9-4与压裂泵5连接。所述外部电源包括发电机组12和与所述发电机组12连接的辅助变压器7，所述辅助变压器7安装在所述卡车底盘I上，所述电动机驱动装置3与所述发电机组12连接，所述主动力控制系统14和辅助动力控制系统15均与所述辅助变压器7连接。具体地，所述发电机组12的数量为一台或多台，多台所述发电机组12相互并联。其余结构均与实施例I相同。具体地，所述发电机组12为柴油发电机组或燃气发电机组。本实施例中，所述发电机组12为两台且分别为第一发电机组12-1和第二发电机组12。如图5所示，第一发电机组12-1和第二发电机组12-2相互并联，所述辅助变压器7的一次侧线圈通过断路器QF4和断路器QF8与第一发电机组12-1的输出端连接且通过断路器QF5和断路器QF8与第二发电机组12-2的输出端连接，第一电动机驱动装置3-1的电源端通过进线断路器QF6和断路器QF4与第一发电机组12-1的输出端连接且通过进线断路器QF6和断路器QF5与第二发电机组12-2的输出端连接，第二电动机驱动装置3-2的电源端通过进线断路器QF7和断路器QF4与第一发电机组12-1的输出端连接且通过进线断路器QF7和断路器QF5与第二发电机组12-2的输出端连接；所述控制器14-1和人机交互设备14-2的电源端均与辅助变压器7的二次侧线圈连接；所述辅助动力控制系统15的电源进线端与辅助变压器7的二次侧线圈连接。当压裂栗5输入功率需要较大且单台电动机4不足以驱动压裂栗5时，由两台电动机4通过变速箱10共同驱动压裂泵5。当驱动更大功率的压裂泵5时，还可以采用多台电动机4串联或者通过分动箱并联的方式驱动压裂泵5。使用多台较小功率的发电机组12相互并联供电，与单台大功率发电机组12供电相比，造价和运行可靠性上更有优势。采用发电机组供电可以根据功率需求任意选择并网发电机组12的数量，有助于节省燃油。本实用新型中，主动力控制系统14负责对整个电驱动压裂泵车工作的控制，能够通过人机交互设备14-2输入控制参数，还能通过人机交互设备14-2显示电驱动压裂泵车的实时状态，提高了整个压裂泵车的控制精度和信息化程度。通过主动力控制系统14中的控制器14-1调节电动机驱动装置3的输出，可以实现电动机4的无级连续调速，满足压裂泵5的工作需要，能够驱动压裂泵5输出不同压力和流量的高压液体，易于实现更多、更复杂的控制功能。另外，本实用新型中，所述电驱动系统、润滑冷却系统8和控制系统还可以均通过电池供电。主控制柜13-1和辅助控制柜13-3通过螺栓固定在电控房2内地面或者墙壁上，以适应长途运输。电控房2具有隔音、防水、保温等功能，适合操作人员长时间控制作业。综上所述，本实用新型针对现有压裂泵车动力传动系统存在的燃油消耗大、发动机和变矩器配套困难、机组低功率运行时油耗大、作业条件差等缺点，提出了以电动机4作为原动机的压裂泵车方案，结构简单，设计新颖合理，配套方便，造价低，自动控制水平高，工作效率高，能源供应方便，易于维护，工作可靠性高，使用效果好，便于推广使用。以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。·
权利要求1.一种电驱动压裂泵车，包括带驾驶室(1-1)的卡车底盘(I)，所述卡车底盘(I)上安装有润滑冷却系统(8)和压裂泵(5)，以及与压裂泵(5)连接的吸入管汇(6-1)和排出管汇(6-2)，其特征在于所述卡车底盘(I)上还安装有电驱动系统和控制系统，所述电驱动系统包括用于驱动压裂泵(5)运转的电动机(4)和电动机驱动装置(3)，所述控制系统包括用于控制电动机驱动装置⑶的主动力控制系统(14)以及用于控制润滑冷却系统⑶的辅助动力控制系统(15)，所述电动机驱动装置(3)、主动力控制系统(14)和辅助动力控制系统(15)均通过外部电源供电。
2.按照权利要求I所述的电驱动压裂泵车，其特征在于所述电动机(4)为一台，所述电动机(4)通过第一联轴器(9-1)与所述压裂泵(5)连接。
3.按照权利要求I所述的电驱动压裂泵车，其特征在于所述电动机(4)为两台且分别为第一电动机(4-1)和第二电动机(4-2)，所述电动机驱动装置(3)为两台且分别为与第一电动机(4-1)连接的第一电动机驱动装置(3-1)和与第二电动机(4-2)连接的第二电动机驱动装置(3-2)，所述电驱动系统还包括变速箱(10)，所述第一电动机(4-1)通过第二联轴器(9-2)与变速箱(10)连接，所述第二电动机(4-2)通过第三联轴器(9-3)与变速箱(10)连接，所述变速箱(10)通过第四联轴器(9-4)与压裂泵(5)连接。
4.按照权利要求2或3所述的电驱动压裂泵车，其特征在于所述外部电源包括井场电网(16)、与井场电网(16)连接的主变压器(11)和与所述主变压器(11)连接的辅助变压器(7)，所述辅助变压器(7)安装在所述卡车底盘(I)上，所述电动机驱动装置(3)与所述主变压器(11)连接，所述主动力控制系统(14)和辅助动力控制系统(15)均与所述辅助变压器(7)连接。
5.按照权利要求2或3所述的电驱动压裂泵车，其特征在于所述外部电源包括发电机组(12)和与所述发电机组(12)连接的辅助变压器(7)，所述辅助变压器(7)安装在所述卡车底盘(I)上，所述电动机驱动装置(3)与所述发电机组(12)连接，所述主动力控制系统(14)和辅助动力控制系统(15)均与所述辅助变压器(7)连接。
6.按照权利要求5所述的电驱动压裂泵车，其特征在于所述发电机组(12)的数量为一台或多台，多台所述发电机组(12)相互并联。
7.按照权利要求2或3所述的电驱动压裂泵车，其特征在于所述主动力控制系统(14)包括控制器(14-1)和与控制器(14-1)相接的人机交互设备(14-2)，所述电动机驱动装置(3)与所述控制器(14-1)相接。
8.按照权利要求7所述的电驱动压裂泵车，其特征在于所述主动力控制系统(14)安装在主控制柜(13-1)内，所述辅助动力控制系统(15)安装在辅助控制柜(13-2)内，所述电动机驱动装置(3)、主控制柜(13-1)和辅助控制柜(13-2)均设置在电控房(2)内，所述电控房(2)安装在所述卡车底盘(I)上。
9.按照权利要求2或3所述的电驱动压裂泵车，其特征在于所述电动机(4)为交流电动机或直流电动机，所述电动机驱动装置(3)为与电动机(4)配套的交流电动机驱动装置或直流电动机驱动装置。
10.按照权利要求9所述的电驱动压裂泵车，其特征在于所述交流电动机驱动装置为变频器，所述直流电动机驱动装置为可控硅。
专利摘要本实用新型公开了一种电驱动压裂泵车，包括带驾驶室的卡车底盘，卡车底盘上安装有润滑冷却系统和压裂泵，以及与压裂泵连接的吸入管汇和排出管汇，卡车底盘上还安装有电驱动系统和控制系统，电驱动系统包括用于驱动压裂泵运转的电动机和电动机驱动装置，控制系统包括用于控制电动机驱动装置的主动力控制系统以及用于控制润滑冷却系统的辅助动力控制系统，电动机驱动装置、主动力控制系统和辅助动力控制系统均通过外部电源供电。本实用新型结构简单，设计合理，配套方便，造价低，工作效率高、可靠性高，能源供应方便，节能减排效果好，易于维护，解决了现有技术中压裂泵车存在的燃油消耗大、发动机和变矩器配套困难等缺陷和不足，便于推广使用。
文档编号B60P3/14GK202463670SQ201220103368
公开日2012年10月3日 申请日期2012年3月19日 优先权日2012年3月19日
发明者刘东学, 张舒原, 李县潮, 高锋冈 申请人:西安邦普工业自动化有限公司