压裂车及其控制装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及压裂设备控制技术领域，特别涉及一种压裂车及其控制装置和方法。
【背景技术】
[0002]压裂施工作业是改造油气藏的重要手段之一，对于低渗透油气井，一般需要借助于压裂作业才能达到稳产和增产的目的。压裂车是压裂施工的主要设备，它的作用是向地层内注入高压、大排量的压裂液，将地层压开，把支撑料(如压裂砂)挤入裂缝，以增强地层渗透率，增加油气的流动性，提高油气采收率。
[0003]目前，常见的压裂车一般包括底盘以及设置于底盘上的发动机、传动箱、传动轴和压裂泵等，如图1所示，其中，发动机的输出端和传动箱的输入端传动连接，传动箱的输出端和传动轴的一端传动连接，传动轴的另一端与压裂泵的动力输入端(动力输入齿轮)传动连接。
[0004]常见的压裂泵一般采用曲轴式柱塞泵，图2示出了这种曲轴式柱塞泵的结构示意图，如图所示，该曲轴式柱塞泵I’包括曲轴11’、多个连杆12’和多个柱塞13’等，曲轴11’的两端设置有动力输入齿轮，多个柱塞13’布置在曲轴11’的一侧，多个柱塞13’的一端可分别在液力端(图中示出但未标出)中来回移动，多个连杆12’设置在多个柱塞13’的另一端与曲轴11’之间，这样在发动机启动后，其输出动力经过传动箱变速变矩、并经过传动轴传递后将带动曲轴式柱塞泵I’的动力输入齿轮转动，进而带动曲轴11’转动，使连杆12’作曲柄连杆运动，驱动柱塞13’作往复运动(类似于发动机曲轴与活塞的运动)，从而实现通过液力端将工作介质(压裂液)吸入并连续高压输出，以进行压裂作业。
[0005]压裂泵在单位时间内泵送输出的压裂液数量(称为排量)与传动箱的输出转速直接相关，而传动箱的输出转速与所处的挡位以及发动机转速(作为传动箱的输入)直接相关，在任一挡位下，传动箱的输出转速等于发动机转速与该档位对应的速比的乘积；因此，传动箱的任一挡位分别对应于不同的压裂泵排量范围。目前，在压裂作业过程中，由于作业阶段或者工艺的要求，需要现场人员判断施工阶段，并频繁手动调整传动箱的挡位或者发动机的转速，以使压裂泵的排量尽量满足现场作业情况。这种方式一方面造成人工成本上升，存在安全隐患，另一方面由于难以及时匹配现场施工情况，造成作业效率和质量低下。
【发明内容】
[0006]有鉴于此，本发明旨在提供一种压裂车控制装置、一种压裂车以及一种压裂车控制方法，以便在减少人力使用和降低安全隐患的同时，使压裂泵排量能够及时满足现场施工情况的需要，提高作业效率和质量。
[0007]具体而言，该压裂车控制装置包括:第一获取单元，用于获取压裂泵的目标排量；第二获取单元，用于获取传动箱的输出转速；第三获取单元，用于获取发动机转速；第一判断单元，用于判断目标排量是否位于传动箱的当前挡位对应的压裂泵排量范围内；第一处理单元，用于在目标排量位于传动箱当前挡位对应的压裂泵排量范围内时，向发动机发出转速控制信息，使传动箱当前挡位的输出转速与目标排量对应的传动箱输出转速一致；第二处理单元，用于在目标排量未位于传动箱当前挡位对应的压裂泵排量范围内时，向传动箱发出挡位调整信息，使传动箱调整后的挡位对应的压裂泵排量范围覆盖目标排量。
[0008]进一步地，第二处理单元还包括判断模块和处理模块；判断模块用于在目标排量未位于传动箱当前挡位对应的压裂泵排量范围内时，预先判断传动箱调整后的挡位的输出转速与传动箱当前挡位的输出转速的差值是否位于预定范围内；处理模块用于判断模块的判断结果为是时，向传动箱发出挡位调整信息，使传动箱调整后的挡位对应的压裂泵排量范围覆盖目标排量，以及用于在判断模块的判断结果为否时，先向发动机发出转速控制信号，使传动箱调整后的挡位的输出转速与传动箱当前挡位的输出转速的差值位于预定范围内，再向传动箱发出挡位调整信息，并在传动箱完成挡位调整后向发动机发出转速控制信号，使传动箱调整后的挡位对应的压裂泵排量范围覆盖目标排量或者使传动箱当前挡位的输出转速与目标排量对应的传动箱输出转速一致。
[0009]进一步地，所述压裂车控制装置还包括第四获取单元、第二判断单元和第三处理单元，第四获取单元用于获取压裂泵的泵送压力，第二判断单元用于判断泵送压力是否大于预定值，第三处理单元用于在泵送压力大于预定值时发出报警信息。
[0010]进一步地，所述压裂车控制装置还包括目标排量输入设备，用于供操作人员输入目标排量。
[0011 ] 进一步地，所述目标输入设备为旋钮式模拟量输入设备。
[0012]该压裂车还包括发动机、传动箱和压裂泵，还包括上述任一项所述的压裂车控制
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[0013]该压裂车控制方法包括如下步骤:A、判断获取的目标排量是否位于传动箱的当前挡位对应的压裂泵排量范围内；B、在目标排量位于传动箱当前挡位对应的压裂泵排量范围内时，向发动机发出转速控制信息，使传动箱当前挡位的输出转速与目标排量对应的传动箱输出转速一致；C、在目标排量未位于传动箱当前挡位对应的压裂泵排量范围内时，向传动箱发出挡位调整信息，使传动箱调整后的挡位对应的压裂泵排量范围覆盖目标排量。
[0014]进一步地，步骤C包括:在目标排量未位于传动箱当前挡位对应的压裂泵排量范围内时，预先判断传动箱调整后的挡位的输出转速与传动箱当前挡位的输出转速的差值是否位于预定范围内；若是则向传动箱发出挡位调整信息，使传动箱调整后的挡位对应的压裂泵排量范围覆盖目标排量；若否则先向发动机发出转速控制信号，使传动箱调整后的挡位的输出转速与传动箱当前挡位的输出转速的差值位于预定范围内，再向传动箱发出挡位调整信息，并在传动箱完成挡位调整后向发动机发出转速控制信号，使传动箱调整后的挡位对应的压裂泵排量范围覆盖目标排量或者使传动箱当前挡位的输出转速与目标排量对应的传动箱输出转速一致。
[0015]进一步地，所述转速控制信息为油门控制信息。
[0016]进一步地，所述压裂车控制方法还包括步骤:判断获取的泵送压力是否大于预定值，并在泵送压力大于预定值时发出报警信息。
[0017]采用本发明的压裂车控制装置时，在压裂作业过程中，当目标排量给定时，可以通过第一判断单元判断目标排量是否位于传动箱的当前挡位对应的压裂泵排量范围内，并在目标排量位于传动箱当前挡位对应的压裂泵排量范围内时，通过第一处理单元向发动机发出转速控制信息，调节发动机转速，进而使传动箱当前挡位的输出转速与目标排量对应的传动箱输出转速一致，以及在目标排量未位于传动箱当前挡位对应的压裂泵排量范围内时，通过第二处理单元向传动箱发出挡位调整信息，使传动箱调整后的挡位对应的压裂泵排量范围覆盖目标排量，这样在第一判断单元、第一处理单元和第二处理单元的有限次执行下，能够实现压裂泵的实际排量和目标排量的及时匹配，进而及时满足了施工需要，提高了作业效率和质量，由于无需人工介入发动机转速以及传动箱挡位调整中，降低了人力成本和安全隐患。
[0018]在一种优选的方案中，第二处理单元还包括判断模块和处理模块，能够避免在调整档位时因前后速差较大而产生较大冲击的问题。
[0019]实施本发明的压裂车及压裂车控制方法的技术效果与上述类似，在此不