一种压裂泵液压系统和压裂车.pdf

本发明公开了一种压裂泵液压系统，包括油箱、至少一个主油泵、至少一个主阀、至少一组油缸、第一副油泵；每组油缸包括第一油缸和第二油缸；第一油缸和第二油缸的第一腔油口通过连通腔油路连接；第一油缸和第二油缸的第二腔油口分别与相应主阀的两个工作油口连接；主油泵的出油油路与相应主阀的进油口相连，主油泵的吸油油路与相应主阀的回油口相连；第一副油泵的吸油口与油箱相连接，第一副油泵通过第一补油油路向主油泵的吸油油路补油。本发明还提供了一种压裂车，本发明节约油箱容积、减轻了整机重量、节约了液压管路、防止空气渗于系统中、改善了主油泵的吸油效率、本液压系统稳定性好。

1.  一种压裂泵液压系统，其特征在于，包括油箱(4)、至少一个主油泵(1)、至少一个主阀(10)、至少一组油缸、第一副油泵(3)；每组油缸包括第一油缸(11)和第二油缸(13)；第一油缸(11)和第二油缸(13)的第一腔油口通过连通腔油路连接；第一油缸(11)和第二油缸(13)的第二腔油口分别与相应主阀(10)的两个工作油口(A、B)连接；主油泵(1)的出油油路(22)与相应主阀(10)的进油口(P)相连，主油泵(1)的吸油油路(20)与相应主阀(10)的回油口(T)相连；第一副油泵(3)的吸油口与油箱(4)相连接，第一副油泵(3)通过第一补油油路(23)向主油泵(1)的吸油油路(20)补油。

2.  根据权利要求1所述的压裂泵液压系统，其特征在于，包括背压阀(5)，背压阀(5)的进油口与主油泵(1)的吸油油路(20)相连接，背压阀(5)的出油口与油箱(4)相连接。

3.  根据权利要求2所述的压裂泵液压系统，其特征在于，在第一补油油路(23)中设置有液压散热器马达(8)和液压散热器(9)，第一副油泵(3)向液压散热器马达(8)供油，液压散热器马达(8)的出油口与液压散热器(9)的进油口相连接，液压散热器(9)的出油口与主油泵(1)的吸油油路(20)相连接。

4.  根据权利要求3所述的压裂泵液压系统，其特征在于，包括第二副油泵(2)，在第一补油油路(23)中设置有发动机散热器马达(7)，第二副油泵(2)向发动机散热器马达(7)供油，发动机散热器马达(7)的出油口与液压散热器(9)的进油口相连接。

5.  根据权利要求3所述的压裂泵液压系统，其特征在于，包括第一溢流阀(6)，第一溢流阀(6)的进油口与主油泵(1)的出油油路(22)相连接，第一溢流阀(6)的出油口与液压散热器(9)的进油口相连接。

6.  根据权利要求1所述的压裂泵液压系统，其特征在于，包括第二溢流阀 (12)，第二溢流阀(12)的进油口与连通腔油路连接。

7.  根据权利要求1所述的压裂泵液压系统，其特征在于，包括第二补油油路(24)，主油泵(1)的出油油路(22)中的压力油从第二补油油路(24)向第一油缸(11)的第一腔油口补油。

8.  根据权利要求7所述的压裂泵液压系统，其特征在于，在第二补油油路(24)中依次设置有控制阀(17)、阻尼孔(18)、单向阀(19)。

9.  根据权利要求1至8任意一项所述的压裂泵液压系统，其特征在于，包括至少两个主油泵(1)、至少两个主阀(10)、至少两组油缸，所有主油泵(1)的吸油油路(20)相互连通，所有主油泵(1)的泄油油路(21)均回油箱(4)，所有主油泵(1)均为开式泵。

10.  一种压裂车，其特征在于：包括车辆底盘和如权利要求1至9任意一项所述的压裂泵液压系统，在车辆底盘上安装有泵体，在泵体内设置柱塞(14)，第一油缸(11)和第二油缸(13)分别连接有柱塞(14)。

一种压裂泵液压系统和压裂车
技术领域
本发明涉及油气开采装备领域，特别涉及一种压裂泵液压系统和压裂车。
背景技术
在油气开采中，若油气井与油气层之间的孔隙不发达或者被堵塞，会严重影响油气井的产量。压裂技术是提高油气产量和可采储量的一项重要措施。所谓压裂(又称油层水力压裂)，就是利用水力作用使油层形成裂缝的一种方法，其基本工艺过程为：用压裂车把高压、大排量和具有一定粘度的压裂液挤入油层，当把油层压开许多裂缝后，再加放支撑剂(石英砂等)充填裂缝，以提高油层的渗透能力，增加注水量或产油量。
实施压裂工艺的设备的总体叫压裂装备，目前使用的压裂装备主要由主机设备压裂车和辅助序曲备混砂车、仪表车、运料车、管汇车等组成。各部分的功能分别为：主机设备压裂车向井内注入高压、大排量的压裂液，将地层压开，并把支撑剂挤入裂缝。混砂车按精确的比例进行混砂，并把混砂液供给压裂车。仪表车的作用是在压裂施工远距离遥控压裂车和混砂车，采集和显示施工参数。运料车将压裂作业所需要的各种支撑剂、压裂液、添加剂等物料运送到施工现场。管汇车的作用是运输管汇。
压裂车是压裂装备的主机设备，其主要由车辆底盘、柴油机、传动箱、压裂泵四大件组成。压裂泵从柴油机处获得动能，将常压下一定粘度的压裂液转化为高压、大排量的液体排出，用作挤压油层和支撑裂缝的介质。
目前，压裂车采用单台大功率发动机，发动机一旦出现故障，压裂车便不能工作与其相关的油泵就不能工作。底盘发动机只起到启动大功率发动机的作用，压裂时不用，不能有效的利用资源。现有压裂泵液压系统采用传统的开式 液压系统吸油管路和回油管路分开，液压泵从液压油箱吸油，回油和泄油回到油箱中。系统流量大时，液压油箱容积大。开式液压系统油箱的容积约为系统总流量的1～2倍。
另外，开式液压系统液压泵吸油管路直径大。流量大时，液压管路多，整车空间布置困难，管路不美观。比如190柱塞泵在转速为1900rpm的转速下吸油管直径约90mm。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种压裂泵液压系统和压裂车，以解决油箱容积和主油泵的吸油油路补油的问题，防止空气渗于系统中和改善了主油泵的吸油效率。
一方面，本发明提供了一种压裂泵液压系统，包括油箱、至少一个主油泵、至少一个主阀、至少一组油缸、第一副油泵；每组油缸包括第一油缸和第二油缸；第一油缸和第二油缸的第一腔油口通过连通腔油路连接；第一油缸和第二油缸的第二腔油口分别与相应主阀的两个工作油口连接；主油泵的出油油路与相应主阀的进油口相连，主油泵的吸油油路与相应主阀的回油口相连；第一副油泵的吸油口与油箱相连接，第一副油泵通过第一补油油路向主油泵的吸油油路补油。
为了解决补偿因吸油管路直径较小造成的压力损失，使管路布局更加合理、美观。防止空气渗于系统中和保证吸油顺畅。在进一步地技术方案中：包括背压阀，背压阀的进油口与主油泵的吸油油路相连接，背压阀的出油口与油箱相连接。
为了给液压系统散热和节约油箱容积，在进一步地技术方案中：在第一补油油路中设置有液压散热器马达和液压散热器，第一副油泵向液压散热器马达供油，液压散热器马达的出油口与液压散热器的进油口相连接，液压散热器的出油口与主油泵的吸油油路相连接。
进一步地，包括第二副油泵，在第一补油油路中设置有发动机散热器马达，第二副油泵向发动机散热器马达供油，发动机散热器马达的出油口与液压散热器的进油口相连接。
为了防止主油泵的出油油路压力过高和节约油箱容积，保证主油泵的出油油路压力恒定，在进一步技术方案中：包括第一溢流阀，第一溢流阀的进油口与主油泵的出油油路相连接，第一溢流阀的出油口与液压散热器的进油口相连接。
为了保证了连通腔油路中的压力恒定和连通腔油路中液压油散热问题，在进一步技术方案中：包括第二溢流阀，第二溢流阀的进油口与连通腔油路连接。
为了向第一油缸的第一腔油口补油，在进一步技术方案中：包括第二补油油路，主油泵的出油油路中的压力油从第二补油油路向第一油缸的第一腔油口补油。
进一步地，在第二补油油路中依次设置有控制阀、阻尼孔、单向阀。
进一步地，包括至少两个主油泵、至少两个主阀、至少两组油缸，所有主油泵的吸油油路相互连通，所有主油泵的泄油油路均回油箱，所有主油泵均为开式泵。
另外，本发明还提供了一种压裂车，包括车辆底盘和上述的压裂泵液压系统，在车辆底盘上安装有泵体，在泵体内设置柱塞，第一油缸和第二油缸分别连接有柱塞。
本发明公开的一种压裂泵液压系统和压裂车，油箱仅给第一副油泵和第二副油泵吸油，主油泵不从油箱中吸油，主油泵是从主阀的回油口吸油。在本系统中增加了第一补油油路，第一副油泵通过第一补油油路向主油泵的吸油油路补油。有效解决了主油泵内泄和第一溢流阀及第二溢流阀溢流等原因产生的液压系统液压油不足问题。防止空气渗于系统中和改善了主油泵的吸油效率。
为了补偿因吸油管路直径较小造成的压力损失，使管路布局更加合理、美观。当主油泵的吸油油路压力达到背压阀开启压力时，吸油油路中的压力油通 过背压阀回油箱。从而提高主油泵的吸油油路压力，减少因吸油管路直径较小造成的压力损失，防止空气渗于系统中，保证吸油顺畅。
为了给液压系统散热和节约油箱容积，经过液压散热器冷却后的液压油向主油泵的吸油油路补油。液压散热器的油一部分来源于液压散热器马达和发动机散热器马达，另一部分来源于第一溢流阀。也就是说，液压散热器的油一部分来源于油箱，另一部分来源于主油泵的出油油路。该液压系统的液压油是在主油泵的吸油油路和出油油路之间循环，大大节约了油箱容积。
为了向第一油缸的第一腔油口补油，出油油路中的压力油一部分通过第二补油油路向第一油缸的第一腔油口补油。为了保证了连通腔油路中的压力恒定和连通腔油路中液压油散热问题，第二溢流阀可以向油箱溢油或者向液压散热器的进油口溢油。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明的压裂泵液压系统原理示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
下面结合图1，对本发明的优选实施例作进一步详细说明，本优选实施例的压裂泵液压系统：包括油箱4、至少一个主油泵1、至少一个主阀10、至少一组油缸、第一副油泵3。每组油缸包括第一油缸11和第二油缸13；第一油缸11和第二油缸13的第一腔油口通过连通腔油路连接；第一油缸11和第二油缸13的第二腔油口分别与相应主阀10的两个工作油口A、B连接。优选采用第一腔油口为有杆腔油口，第二腔油口为无杆腔油口。但是也可以是第一腔油口 为无杆腔油口，第二腔油口为有杆腔油口。
主油泵1和主阀10及油缸组数量可以根据压裂泵的柱塞14多少决定，例如：如果柱塞14为20个，需要10个第一油缸11和10个第二油缸13，第一油缸11和第二油缸13分别与相应的柱塞14连接，另外，还需要主阀10为10个，主油泵1为10个。假如：主油泵1和主阀10及油缸组为多个，也就是说：至少两个主油泵1、至少两个主阀10、至少两组油缸。所有主油泵1的吸油油路20相互连通，所有主油泵1的泄油油路21均回油箱4。这样大大节约了液压管路的数量和节约了液压管路压力损失。
本发明的液压系统中主油泵1优选采用开式泵。开式泵可以是定量泵或者单向变量泵。开式泵是指只有一个高压油路和一个低压油路，高压油路是指出油油路22，低压油路是指吸油油路20。开式泵与闭式泵不同在于：闭式泵包括两个状态，在第一状态时，闭式泵第一油口出油，第二油口进油；在第二状态时，闭式泵第二油口出油，第一油口进油。所以闭式泵可以正反向吸油和出油，闭式泵也称为双向变量泵。因此，本发明的液压系统一般不建议采用闭式泵。本发明的主阀10是三位四通换向阀，三位四通换向阀中位职能为Y型。
目前，闭式泵成本远远大于开式泵成本。闭式泵构成的闭式液压系统成本也远远大于开式泵构成的开式液压系统。开式液压系统由于是从油箱吸油，系统工作完成后的液压油回油箱，因此，可以发挥油箱的散热和沉淀杂质作用，但因油液常与空气接触，使空气易于渗于系统。闭式液压系统由于在工作过程中不断有油液泄漏，因此需要及时补油。增大了闭式液压系统成本。由于闭式液压系统无油箱，油液的散热和过滤条件较差。
为了节约油箱4容积，减少了整机重量，防止空气渗于系统中和增大主油泵1吸油压力。主油泵1的出油油路22与相应主阀10的进油口P相连，主油泵1的吸油油路20与相应主阀10的回油口T相连；第一副油泵3的吸油口与油箱4相连接，第一副油泵3通过第一补油油路23向主油泵1的吸油油路20补油。
在第一补油油路23中设置有液压散热器马达8和液压散热器9，第一副油 泵3向液压散热器马达8供油，液压散热器马达8是驱动液压散热器风机旋转，对液压散热器9进行散热。液压散热器马达8的出油口与液压散热器9的进油口相连接，液压散热器9的出油口与主油泵1的吸油油路20相连接。为了给发动机散热，包括第二副油泵2，在第一补油油路23中设置有发动机散热器马达7，发动机散热器马达7是驱动发动机散热风机对发动机进行散热。第二副油泵2向发动机散热器马达7供油，发动机散热器马达7的出油口与液压散热器9的进油口相连接。
经过液压散热器马达8和发动机散热器马达7后的压力油温度很高，再经过液压油散热器冷却后接入主油泵1的吸油油路20，对吸油油路20进行补油。有效解决了主油泵1内泄和第一溢流阀6及第二溢流阀12溢流等原因产生的液压系统液压油不足问题。以及降低了本液压系统温度，以及防止空气渗于系统中和增大主油泵1吸油压力。另外，也可以直接从第一副油泵3或者第二副油泵2引出一条油路向吸油油路20补油，该油路不经过液压散热器9。
为了补偿因吸油管路直径较小造成的压力损失，使管路布局更加合理、美观，保证吸油顺畅，防止空气渗于系统中。包括背压阀5，背压阀5的进油口与主油泵1的吸油油路20相连接，背压阀5的出油口与油箱4相连接。背压阀5是指当系统压力比设定压力小时，背压阀5关闭；当系统压力比设定压力大时，背压阀5打开。在本系统中，当吸油油路20中的压力比设定压力小时，背压阀5关闭；当吸油油路20中的压力比设定压力大时，背压阀5打开，吸油油路20中的油液通过背压阀5流至油箱4中。常用的背压阀5可以是背压单向阀或者溢流阀。背压阀5可以设置1个，也可以设置2个或3个或4个。
为了防止主油泵1的出油油路22压力过高和节约油箱4容积，保证主油泵1的出油油路22压力恒定，在进一步技术方案中：包括第一溢流阀6，第一溢流阀6的进油口与主油泵1的出油油路22相连接，第一溢流阀6的出油口与液压散热器9的进油口相连接。由于第一溢流阀6的出油口压力较高，可以增大吸油油路20压力，减少压力损失，同时，油液经过第一溢流阀6后油液温度会升高，经过液压散热器9冷却后，保证本液压系统油液温度。
为了保证了连通腔油路中的压力恒定和连通腔油路中液压油散热问题，在进一步技术方案中：包括第二溢流阀12，第二溢流阀12的进油口与连通腔油路连接。第二溢流阀12的出油口与油箱4相连接，也可以向液压散热器9的进油口相连接。当连通腔油路中的压力大于第二溢流阀12开启压力时，第二溢流阀12向油箱4溢油或者向液压散热器9的进油口溢油。防止连通腔压力过高进而爆缸。
由于第二溢流阀12存在溢流和本液压系统存在泄漏及第一油缸11和第二油缸13存在内泄，为了向第一油缸11的第一腔油口补油，在进一步技术方案中：包括第二补油油路24，在第二补油油路24中依次设置有控制阀17、阻尼孔18、单向阀19。控制阀17可以是换向阀或者插装阀或者通断阀，当第一油缸11的第一腔油口需要补油时，也就是说，连通腔油路中需要补油时，控制阀17打开，出油油路22中的一部分油液依次从控制阀17、阻尼孔18、单向阀19、第一油缸11的第一腔油口流至连通腔油路中。阻尼孔18主要起到减压和稳流目的。
另外，本发明还提供了一种压裂车，包括车辆底盘，在车辆底盘上安装有多台发动机，以及泵体和上述的压裂泵液压系统，在泵体内设置柱塞14，第一油缸11和第二油缸13分别连接有柱塞14和吸取阀15及排出阀16。泵体通过吸取阀15吸取压裂液，在柱塞14的作用下，通过排出阀16排出。其中一台发动机驱动压裂车行走，驱动压裂车行走的发动机与主油泵1相连接，其它发动机驱动单独驱动主油泵1。这样可以有效利用车辆底盘发动机的动力源。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。