CN116291875A - 涡轮压裂装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种涡轮压裂设备，包含：涡轮发动机；第一减速箱，其与所述涡轮发动机传动连接；传动轴，所述传动轴的一端与所述第一减速箱传动连接；柱塞泵，所述柱塞泵集成有第二减速箱，并且所述第二减速箱与所述传动轴的另一端连接；和排气机构，所述排气机构与所述涡轮发动机的排气端连接并流体连通。
Description
本申请是申请日为2020年03月12日、发明名称为“一种持续大功率涡轮压裂设备”、申请号为202010169914.6的专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及涡轮压裂技术领域，具体地，涉及一种能够进行持续大功率输出的涡轮压裂装置。
背景技术
传统的油气田压裂设备，主要是柴驱压裂设备和电驱压裂设备，随着科学技术的发展，航空上使用的涡轮发动机也已经运用到压裂设备上，由于目前涡轮发动机运用与油气田压裂作业上技术不成熟，难于实现涡轮发动机的稳定输出，且至今涡轮发动机与大功率柱塞泵配合使用还是一块空白，这也就导致了整个设备输出功率比较低，不能满足当前油气田井场持续稳定和大功率的作业要求。
为此亟待一种可以持续大功率输出的涡轮压裂装置，满足当前油气田井场的需求。
发明内容
本发明的目的克服现有技术的不足，提供一种持续大功率涡轮压裂设备，通过底盘T1材料的选用，为设备提供了稳定的工作平台；通过涡轮发动机、减速箱在同一直线上，传动轴在减速箱和柱塞泵之间，传动轴角度在2-4°之间，保证了涡轮发动机的传动稳定高效，降低故障发生率；通过辅助动力***驱动的润滑***的保证了涡轮发动机、减速箱和柱塞泵的在合适的环境下工作，并且通过双润滑***保证了柱塞泵实现持续5000HP以上功率运行，通过以上技术手段最终可以满足压裂设备持续大功率的作业要求。
本发明的目的是通过以下技术措施达到的：一种持续大功率涡轮压裂设备，包括涡轮发动机，减速箱，传动轴和柱塞泵，所述涡轮发动机和减速箱设在同一直线上，减速箱通过传动轴与柱塞泵连接，所述传动轴角度在2-4°之间。此外，一种涡轮压裂设备，包含：涡轮发动机；第一减速箱，其与所述涡轮发动机传动连接；传动轴，所述传动轴的一端与所述第一减速箱传动连接；柱塞泵，所述柱塞泵集成有第二减速箱，并且所述第二减速箱与所述传动轴的另一端连接；和排气机构，所述排气机构与所述涡轮发动机的排气端连接并流体连通。
进一步地，所述柱塞泵的功率为5000HP以上。
进一步地，所述柱塞泵为五缸柱塞泵。
进一步地，所述持续大功率涡轮压裂设备包括底盘，所述涡轮发动机，减速箱，传动轴和柱塞泵设在底盘上，所述底盘材料采用T1高强度结构钢。
进一步地，所述底盘的车轴的数量为3个以上。
进一步地，所述持续大功率涡轮压裂设备包括辅助动力***和润滑***，所述辅助动力***为润滑***提供动力，所述润滑***包括涡轮发动机润滑单元，减速箱润滑单元和柱塞泵润滑单元，所述柱塞泵润滑单元包括高压润滑单元和低压润滑单元。
进一步地，所述高压润滑单元包括高压马达，高压泵和高压油路，所述高压马达驱动高压泵，所述高压泵为高压油路泵入高压润滑油。
进一步地，所述高压油路用于润滑柱塞泵内的连杆轴瓦和十字头轴瓦。
进一步地，所述低压润滑单元包括低压马达，低压泵和低压油路，所述低压马达驱动低压泵，所述低压泵为低压油路泵入低压润滑油。
进一步地，所述低压油路用于润滑柱塞泵内的曲轴轴承、十字头滑轨、减速箱轴承和减速箱齿轮副。
进一步地，在所述低压油路的进油口，分别为减速箱轴承和减速箱齿轮副设有各自独立的润滑油路。
进一步地，所述辅助动力***为柴油发动机或燃气轮机或者电动机。
进一步地，所述辅助动力***设在底盘的鹅颈上。
进一步地，所述减速箱上有扭矩限制器，保证扭矩过大而不损坏涡轮发动机。
进一步地，所述涡轮发动机采用100％的天然气或柴油为燃料。
进一步地，所述持续大功率涡轮压裂设备包括进气***，所述进气***包括进气过滤器和进气管道，所述进气过滤器通过进气管道与涡轮发动机的进气口连接。
进一步地，所述进气过滤器为“V”型结构。
进一步地，所述持续大功率涡轮压裂设备包括排气***，所述排气***与涡轮发动机的排气口连接。
进一步地，所述排气***的排气末端设有雨帽，雨帽与排气***的排气末端铰接，雨帽的开口与涡轮发动机相背离。
进一步地，所述雨帽与排气***的排气末端通过电动绞盘实现雨帽沿铰接点旋转开合，0°＜旋转角度＜90°。
进一步地，所述雨帽的开合角度为85°。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：提供一种持续大功率涡轮压裂设备，通过底盘T1材料的选用，为设备提供了稳定的工作平台；通过涡轮发动机、减速箱在同一直线上，传动轴在减速箱和柱塞泵之间，传动轴角度在2-4°之间，保证了涡轮发动机的传动稳定高效，降低故障发生率；通过辅助动力***驱动的润滑***的保证了涡轮发动机、减速箱和柱塞泵的在合适的环境下工作，并且通过双润滑***保证了柱塞泵实现持续5000HP以上功率运行，通过以上技术手段最终可以满足压裂设备持续大功率的作业要求。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。
附图说明
图1是持续大功率涡轮压裂设备的结构示意图。
图2是排气***的结构示意图。
图3是柱塞泵内润滑原理图。
其中，1.底盘，2.辅助动力***，3.第一液压泵，4.排气***，5.进气***，6.涡轮发动机，7.减速箱，8.传动轴，9.柱塞泵，10.进气过滤器，11.雨帽，12.电动绞盘，13.连杆轴瓦，14.十字头轴瓦，15.曲轴轴承，16.十字头上滑轨，17.十字头下滑轨，18.减速箱齿轮副，19.减速箱轴承，20.高压油路，21.低压油路。
具体实施方式
如图1至3所示，一种持续大功率涡轮压裂设备，包括涡轮发动机6，减速箱7，传动轴8和柱塞泵9，所述涡轮发动机6和减速箱7设在同一直线上，减速箱7通过传动轴8与柱塞泵9连接，所述传动轴8角度在2-4°之间。保证了涡轮发动机6的传动稳定高效，降低故障发生率。
所述柱塞泵9的功率为5000HP以上。所述柱塞泵9为五缸柱塞泵。大功率的柱塞泵9的输出为持续大功率涡轮压裂设备提供基础条件。
所述持续大功率涡轮压裂设备包括底盘1，所述涡轮发动机6，减速箱7，传动轴8和柱塞泵9设在底盘1上，所述底盘1材料采用T1高强度结构钢。保证了底盘1的稳定性，为涡轮发动机6和大功率柱塞泵9的稳定工作提供一个可靠的工作平台。
所述底盘1的车轴的数量为3个以上。保证了足够的承载力。
所述持续大功率涡轮压裂设备包括辅助动力***2和润滑***，所述辅助动力***2为润滑***提供动力，所述润滑***包括3个润滑单元，分别是涡轮发动机润滑单元，减速箱润滑单元和柱塞泵润滑单元，涡轮发动机润滑单元用于涡轮发动机6的润滑，减速箱润滑单元用于减速箱7的润滑。所述柱塞泵润滑单元包括高压润滑单元和低压润滑单元。所述润滑***的作用是对涡轮发动机6，减速箱7、柱塞泵9进行润滑冷却，保证涡轮发动机6、减速箱7、柱塞泵9的工作稳定。润滑***包括的部件有冷却器，第一液压泵3，压力表，安全阀等，冷却器为润滑油降温，保证进入各润滑单元的油温正常，能够提供足够的润滑性能。第一液压泵3为各润滑单元提供动力。压力表用于监控整个润滑***的润滑油压力。安全阀保证润滑***的稳定工作。
所述高压润滑单元包括高压马达，高压泵和高压油路20，所述高压马达驱动高压泵，所述高压泵为高压油路20泵入高压润滑油。所述高压油路20用于润滑柱塞泵9内的连杆轴瓦13和十字头轴瓦14。所述低压润滑单元包括低压马达，低压泵和低压油路21，所述低压马达驱动低压泵，所述低压泵为低压油路21泵入低压润滑油。所述低压油路21用于润滑柱塞泵9内的曲轴轴承15、十字头滑轨、减速箱轴承19和减速箱齿轮副18。十字头滑轨包括十字头上滑轨16和十字头下滑轨17。通过双润滑油路分别供油润滑，满足了柱塞泵9内各润滑点不同的润滑要求，通过两台油泵供油(高压泵和低压泵)，可以更好地保证每条油路的供油量，更好地分配润滑油，避免因润滑支路过多导致润滑油分配不均匀，各个润滑点润滑油量不足的问题，提高润滑油利用率，减少异常，更好的辅助大功率柱塞泵9的持续稳定作业。连杆轴瓦13和十字头轴瓦14的配合间隙小，承载载荷大，接触面积大，对润滑的要求高。而曲轴轴承15、十字头滑轨、减速箱轴承19和减速箱齿轮副18相较之下对润滑的要求低。
在所述低压油路21的进油口，分别为减速箱轴承19和减速箱齿轮副18设有各自独立的润滑油路。减速箱轴承19和减速箱齿轮副18转速高，各自单独进行供油，可保证充足的润滑油，有效建立油膜，迅速带走摩擦产生的热量，提高使用寿命。
高压油路20和低压油路21各自的供油管线上设有过滤器、溢流阀等。高压油路20额定润滑油压为200-350PSI。低压油路21额定润滑油压为60-150PSI。
所述辅助动力***2为柴油发动机或燃气轮机或者电动机。
所述辅助动力***2设在底盘1的鹅颈上，优化底盘1上设备各部件的排布形式。
所述减速箱7上有扭矩限制器，保证扭矩过大而不损坏涡轮发动机6。
所述涡轮发动机6采用100％的天然气或柴油为燃料。
所述持续大功率涡轮压裂设备包括进气***5，所述进气***5包括进气过滤器10和进气管道，所述进气过滤器10通过进气管道与涡轮发动机6的进气口连接。将进气***5集成在同一底盘1上，增加了持续大功率涡轮压裂设备的使用便捷性，降低了运输成本，无需现场连接组装。
在涡轮发动机6外设舱体，进气过滤器10设在舱体上，所述进气过滤器10为“V”型结构，所述“V”型结构即进气过滤器10的横截面形状为“V”型，一改现有的平面结构，接触面积更大，增加了进气面积，降低了进气流速，提高了进气过滤器10的使用寿命，更好的匹配涡轮发动机6所需的空气量，助力了涡轮发动机6的稳定输出。
所述持续大功率涡轮压裂设备包括排气***4，所述排气***4与涡轮发动机6的排气口连接。排气***4集成在同一底盘1上，增加了持续大功率涡轮压裂设备的使用便捷性，降低了运输成本，无需现场连接组装。
所述排气***4的排气末端设有雨帽11，雨帽11与排气***4的排气末端铰接，雨帽11的开口与涡轮发动机6相背离。排气***4的排气末端是敞开口的型式，如果下雨后，雨水会沉积在排气***4中，更严重的会倒灌进涡轮发动机6内，损坏涡轮发动机6。雨帽11的增设能很好地避免此种情况的发生。而且雨帽11的开口与涡轮发动机6相背离，即避免涡轮发动机6的进气***5吸入排出的废气。
所述雨帽11与排气***4的排气末端通过电动绞盘12实现雨帽11沿铰接点旋转开合，0°＜旋转角度＜90°。所述雨帽11的开合角度为85°。雨帽11在不工作状态或下雨天，可以完全关闭，即0°状态；在工作状态可以开启，优选为开到85°，保证电动绞盘12能顺利的开合雨帽11。
本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (18)
1.一种涡轮压裂设备，其特征在于，包含：
涡轮发动机；
第一减速箱，其与所述涡轮发动机传动连接；
传动轴，所述传动轴的一端与所述第一减速箱传动连接；
柱塞泵，所述柱塞泵集成有第二减速箱，并且所述第二减速箱与所述传动轴的另一端连接；和
排气机构，所述排气机构与所述涡轮发动机的排气端连接并流体连通。
2.根据权利要求1所述的涡轮压裂设备，其特征在于，所述柱塞泵的功率为5000HP或以上。
3.根据权利要求1所述的涡轮压裂设备，其特征在于，
所述涡轮发动机、所述第一减速箱、所述传动轴、所述柱塞泵和所述排气机构设在同一底盘上。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的涡轮压裂设备，其特征在于，
所述涡轮压裂设备包括润滑***和为所述润滑***提供动力的辅助动力***，
所述润滑***包括多个润滑单元，并且用于所述第一减速箱的润滑单元和用于所述第二减速箱的润滑单元是不同的润滑单元。
5.根据权利要求4所述的涡轮压裂设备，其特征在于，
所述润滑***包括涡轮发动机润滑单元、减速箱润滑单元和柱塞泵润滑单元，所述涡轮发动机润滑单元对所述涡轮发动机进行润滑，所述减速箱润滑单元对所述第一减速箱进行润滑，所述柱塞泵润滑单元对包含所述第二减速箱的所述柱塞泵进行润滑。
6.根据权利要求5所述的涡轮压裂设备，其特征在于，所述柱塞泵润滑单元包含针对不用润滑要求设置的高压润滑单元和低压润滑单元。
7.根据权利要求6所述的涡轮压裂设备，其特征在于，所述高压润滑单元包括高压马达、高压泵和高压油路，所述高压马达驱动高压泵，所述高压泵为高压油路泵入高压润滑油。
8.根据权利要求7所述的涡轮压裂设备，其特征在于，所述高压油路用于润滑所述柱塞泵内的连杆轴瓦和十字头轴瓦。
9.根据权利要求6所述的涡轮压裂设备，其特征在于，所述低压润滑单元包括低压马达、低压泵和低压油路，所述低压马达驱动低压泵，所述低压泵为低压油路泵入低压润滑油。
10.根据权利要求9所述的涡轮压裂设备，其特征在于，所述低压油路用于润滑柱塞泵内的曲轴轴承、十字头滑轨以及所述第二减速箱的减速箱轴承和减速箱齿轮副。
11.根据权利要求10所述的涡轮压裂设备，其特征在于，在所述低压油路的进油口处，分别为所述减速箱轴承和所述减速箱齿轮副设有独立的润滑油路。
12.根据权利要求3所述的涡轮压裂设备，其特征在于，
所述排气***与所述涡轮发动机的排气口连接，并且所述排气***与所述涡轮发动机直线布置。
13.根据权利要求12所述的涡轮压裂设备，其特征在于，
所述排气***的排气末端以铰接的方式设有雨帽，所述雨帽的开口的方向与所述涡轮发动机相背离。
14.根据权利要求13所述的涡轮压裂设备，其特征在于：所述雨帽与所述排气***的所述排气末端通过电动绞盘实现沿着所述雨帽的铰接点的旋转开合，其中，所述旋转开合的旋转角度在0°与90°之间。
15.根据权利要求14所述的涡轮压裂设备，其特征在于，所述雨帽的所述旋转开合的旋转角度为85°。
16.根据权利要求3所述的涡轮压裂设备，其特征在于，所述涡轮压裂设备还包括进气***，所述进气***设置在所述同一底盘上。
17.根据权利要求16所述的涡轮压裂设备，其特征在于，所述进气***包括进气过滤器和进气管道，所述进气过滤器通过所述进气管道与所述涡轮发动机的进气口连接。
18.根据权利要求17所述的涡轮压裂设备，其特征在于，所述涡轮发动机外设置有舱体，所述进气过滤器设置在舱体上，并且所述进气过滤器的横截面为“V”字形。
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