用于压裂装置的离合器及控制方法与流程

本发明涉及石油钻采设备领域，特别是一种用于压裂装置的离合器及控制方法。

背景技术：

压裂作业是油气田勘探开发中一种主要的增产稳产措施，利用多台大功率的压裂设备，对储层岩石进行压裂并形成导流通道。随着超深井、水平井技术的发展，所需压裂机组的功率越来越大，单台压裂装备的重量和体积也越来越大。例如现有设备的输出压力达到175mpa，由于压力较高，也对设备中的离合器提出更高的要求。中国专利文献cn107237617a中记载了一种单机双泵结构的电驱压裂装置，通过一台电机带动两个泵头总成运行，离合器的摩擦片总成需要液压驱动在脱离和结合状态之间切换，而由该文献中的记载，压力油的输送路径较长，而且由于振动的影响也容易造成压力油的泄漏。进一步的，整个轴的总成连接长度较长，在整个传动结构中，确保安装的同轴度难度非常大。

现有的离合器控制中，仅能监控到离合器是否结合和断开，但是弹性连接件的工作状态、离合片是否打滑则难以监测，而且由于涉及到高压工况和重载，若操作不当很容易损坏设备和造成安全事故，因此如何提前发现故障，减少后期损失，是需要解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于压裂装置的离合器及控制方法，能够缩短用于驱动摩擦片总成的压力油的输送路径，提高离合器的可靠性。优选的方案中，缓冲离合器在离合过程中产生的冲击，且能够在一定程度上补偿安装的同轴度误差。

本发明所要解决的另一技术问题是提供一种用于上述离合器的控制方法，能够在线监测离合器的工作状态，尤其是监测离合器中离合片的打滑状态，避免因离合器故障造成重大损失，并且能够在事故未发生时，提前预防。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种用于压裂装置的离合器，它包括泵连接部、传动部和电机连接部，泵连接部与传动部之间通过摩擦片总成以可离合的方式连接，传动部与电机连接部之间连接；

泵连接部的端头设有进油孔，进油孔用于为摩擦片总成提供压力油；

驱动液压油连接座与传动部连接，在驱动液压油连接座的侧壁设有凸缘，凸缘上设有通油孔，通油孔与进油孔连通，还设有液压油输入装置，液压油输入装置与凸缘滑动密封连接，液压油输入装置上设有进油口。

优选的方案中，所述的驱动液压油连接座通过法兰与传动部密封连接，驱动液压油连接座靠近传动部的端头设有空腔，通油孔通过所述空腔与进油孔连通。

优选的方案中，驱动液压油连接座靠近传动部的端头设有空腔，通油孔通过设置在空腔内的转接管与进油孔连通。

优选的方案中，所述的液压油输入装置中，第一密封盘与第二密封盘固定连接，第一密封盘与第二密封盘总成的横截面成“c”形，在“c”形结构的内底面设有通油槽，第一密封盘与第二密封盘总成与凸缘的侧面构成密封结构；

进油口通过通油槽与通油孔连通。

优选的方案中，第一密封盘与第二密封盘在外缘的位置通过多个螺钉固定连接，在第一密封盘与第二密封盘之间设有可调厚度的柔性垫片；

第一密封盘和第二密封盘与凸缘之间设有至少2个密封圈；

第一密封盘和第二密封盘与凸缘之间还设有盘根。

优选的方案中，传动部和电机连接部之间通过多个弹性连接件连接，所述的弹性连接件的两端设有第一连接孔座和第二连接孔座，第一连接孔座和第二连接孔座的轴线，在空间上的投影互相交叉；

第一连接孔座通过螺钉与传动部的端面固定连接，第二连接孔座通过螺钉与电机连接部的圆周外壁固定连接。

优选的方案中，电机连接部与电机的输出轴连接，所述的电机的输出轴为花键轴，电机连接部设有相应的花键孔，在花键孔的两端设有密封圈，还设有润滑油孔。

优选的方案中，所述的电机为双伸轴电机，电机的两端均与离合器的电机连接部连接，离合器的泵连接部与泵头总成连接。

优选的方案中，电机两端的离合器中，弹性连接件的方向相反。

优选的方案中，在传动部的外壁设有多个检测头，在对应的位置固定设置有检测座，检测座上设有用于监测检测头的接近开关；

其中一个检测头沿圆周的长度大于其他检测头的长度，以生成一个长度大于其他波动的波形。

一种采用上述的用于压裂装置的离合器的控制方法，包括以下步骤：

s1、当离合器液压油油路的电磁阀导通，通过电机转速与泵头总成中轴的转速之间的转速差判断离合器是否结合；

s2、从电磁阀导通开始，到离合器完全结合，通过电机转速与检测座的接近开关检测转速之间的转速差，判断电机连接部与传动部之间是否失效；

s3、从电磁阀导通开始，到离合器完全结合，通过泵头总成中轴的转速与检测座的接近开关检测转速之间的转速差，判断离合器的摩擦片总成是否打滑；

s4、在离合器的壳体上还设有振动传感器，采集正常状态下的振动频率作为判断标准，根据振动传感器采集的实时振动频率判断离合器是否出现故障；

通过以上步骤实现对离合器工作状态的监测。

本发明提供的一种用于压裂装置的离合器，通过采用上述的结构，能够缩短摩擦片总成的压力油供油路径，提高离合控制的可靠性。优选的方案中，通过弹性连接件缓冲连接过程中产生的冲击，且采用连接孔座交叉的结构，能够补偿安装同轴度的误差，减少因同轴度误差造成的振动。设置的检测头和接近开关，配合电机和泵头的轴的角速度传感器，能够可靠监测离合器的工作状态，避免损失扩大。设置的振动传感器能够在故障扩大前，提前发现故障，减少设备损失。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明的压裂装置的整体结构示意图。

图2为本发明中离合器的主视图。

图3为本发明中离合器的左视图。

图4为图2的b向视图。

图5为本发明中驱动液压油连接座的局部放大示意图。

图6为本发明中驱动液压油连接座另一可选结构的局部放大示意图。

图7为本发明中液压驱动的油路结构示意简图。

图中：离合器1，泵连接部11，进油孔111，传动部12，检测头121，电机连接部13，花键孔131，润滑油孔132，弹性连接件14，第一连接孔座141，第二连接孔座142，连接部143，检测座15，凸缘161，通油孔162，液压油输入装置17，第一密封盘171，第二密封盘172，侧密封件173，通油槽174，进油管175，摩擦片总成18，转接管19，电机2，泵头总成3，电气柜4，控制柜5，振动传感器6，电磁阀7。

具体实施方式

实施例1：

如图2~4中，一种用于压裂装置的离合器，它包括泵连接部11、传动部12和电机连接部13，泵连接部11与传动部12之间通过摩擦片总成18以可离合的方式连接，传动部12与电机连接部13之间连接；摩擦片总成18为现有技术，包括活塞、多个摩擦片和多个用于摩擦传动的压片，还设有用于使压片复位的弹簧，通过多个压片的轴向运动实现离合传动，均为现有技术，例如专利文献cn201820235004.1中记载的一种拖拉机用湿式摩擦离合器中记载的结构，图7中显示了摩擦片总成18的结构简图，此处不再赘述。

泵连接部11的端头设有进油孔111，进油孔111用于为摩擦片总成18提供压力油；

驱动液压油连接座16与传动部12连接，在驱动液压油连接座16的侧壁设有凸缘161，凸缘161上设有通油孔162，优选的，通油孔162沿径向布置，开口位于凸缘161的圆周外壁，通油孔162与进油孔111连通，还设有液压油输入装置17，液压油输入装置17与凸缘161滑动密封连接，液压油输入装置17上设有进油口。进油口与进油管175连接。由此结构，压力油从侧面进入，大幅缩短了压力油的输送路径。而在现有技术的方案中，泵连接部11的端头与泵头总成3中的轴的一端密封连接，在泵头总成3的轴上设有沿轴向的通孔，泵头总成3中的轴的另一端与旋转供油接口连接，用于输入压力油。该结构的输油管路需要穿过泵头总成3中的轴，这大大增加了产生故障的几率。

优选的方案如图6中，所述的驱动液压油连接座16通过法兰与传动部12密封连接，驱动液压油连接座16靠近传动部12的端头设有空腔，通油孔162通过所述空腔与进油孔111连通。由此结构，连接结构较为简化，但是密封要求较高，尤其是涉及到振动较大的情况下，容易造成密封失效。

优选的方案如图5中，驱动液压油连接座16靠近传动部12的端头设有空腔，通油孔162通过设置在空腔内的转接管19与进油孔111连通。由此结构，降低密封要求，提高密封可靠性。

优选的方案如图5中，所述的液压油输入装置17中，第一密封盘171与第二密封盘172固定连接，第一密封盘171与第二密封盘172总成的横截面成“c”形，在“c”形结构的内底面设有通油槽174，第一密封盘171与第二密封盘172总成与凸缘161的侧面构成密封结构；

进油口通过通油槽174与通油孔162连通。由此结构，提高液压油输入装置17与驱动液压油连接座16的凸缘161之间密封的可靠性，由于采用侧面密封的方案，设备的振动，尤其是径向的微幅度振动对密封效果造成的影响可以忽略不计。

优选的方案如图5、6中，第一密封盘171与第二密封盘172在外缘的位置通过多个螺钉固定连接，在第一密封盘171与第二密封盘172之间设有可调厚度的柔性垫片；通过设置的柔性垫片能够补偿密封件的磨损，例如在使用一段时间，出现漏油故障后，通过拧紧螺钉使，密封件与凸缘161可靠密封。更进一步的，也可以通过更换不同厚度的垫圈来补偿密封件的磨损。

第一密封盘171和第二密封盘172与凸缘161之间设有至少2个密封圈；

第一密封盘171和第二密封盘172与凸缘161之间还设有盘根。由此结构，进一步提高密封效果。

优选的方案如图3、4中，传动部12和电机连接部13之间通过多个弹性连接件14连接，所述的弹性连接件14的两端设有第一连接孔座141和第二连接孔座142，第一连接孔座141和第二连接孔座142的轴线，在空间上的投影互相交叉；

第一连接孔座141通过螺钉与传动部12的端面固定连接，第二连接孔座142通过螺钉与电机连接部13的圆周外壁固定连接。由此结构，设置的弹性连接件14的结构，能够缓冲离合过程中产生的冲击。且弹性连接件14的受力结构受方向的影响变小，因而能够补偿安装的同轴度误差，或者补偿设备运行一段时间后产生的同轴度误差。且由于弹性连接件14采用扭曲的结构，即便存在同轴度误差，也能够将由此产生的设备振动降到最低。优选的方案中，所述的弹性连接件14的材质为钢丝、塑料织物和橡胶中的一种或多种的组合。优选的，采用钢丝、塑料织物和橡胶的组合结构，在弹性连接件14的端头，钢丝卷绕和编织构成第一连接孔座141和第二连接孔座142的骨架，塑料织物则构成第二层骨架，也用于确保钢丝与橡胶之间的结合可靠，以减少钢丝之间因为微摩擦而造成的磨损，橡胶则覆盖在骨架之外，以维持整体结构的形状不会变形。所述的塑料织物为芳纶的编织物。由此结构，实现受力可靠和抗变形的效果。

优选的方案如图1中，电机连接部13与电机2的输出轴连接，所述的电机2的输出轴为花键轴，电机连接部13设有相应的花键孔131，在花键孔131的两端设有密封圈，还设有润滑油孔132。由此结构，能够补偿离合器1在传动过程中造成的轴向位移，同时能够补偿安装过程中的轴向误差。

优选的方案如图1中，所述的电机2为双伸轴电机，电机2的两端均与离合器1的电机连接部13连接，离合器的泵连接部11与泵头总成3连接。

优选的方案中，电机2两端的离合器1中，弹性连接件14的方向相反。此处的方向相反，是指沿圆周方向相反。

优选的方案如图2、3中，在传动部12的外壁设有多个检测头121，在对应的位置固定设置有检测座15，检测座15上设有用于监测检测头121的接近开关；由此结构，用于检测传动部12的转速，从而评估，离合器的工作状况。例如配合电机和泵头的轴的角速度传感器或编码器，能够可靠监测离合器的工作状态，例如是否存在摩擦片打滑现象。本例中的接近开关采用非接触式开关，例如巨磁阻式接近开关、感应式接近开关或电涡流接近开关。

其中一个检测头121沿圆周的长度大于其他检测头121的长度，以生成一个长度大于其他波动的波形。由此方案，能够通过该波形更好的记录转动圈数，避免出现因漏拍而判断错误的现象。检测头121沿圆周的数量越多，则检测精度越高。

使用时，启动电机2，电机2的轴带动离合器1的电机连接部13旋转，此时摩擦片总成18未结合，泵头总成3的轴不转动，当需要工作时，压力油从进油管175经过液压油输入装置17，输入到进油孔111，驱动摩擦片总成18结合，泵头总成3的轴转动。当需要脱离时，压力油泄压，驱动摩擦片总成18在弹簧的作用下复位，泵头总成3的轴停止转动。如图1中，两端的泵头总成3的工作状态，均能够通过离合器1单独控制。

实施例2：

在实施例1的基础上，一种采用上述的用于压裂装置的离合器的控制方法，包括以下步骤：

s1、当控制器发出指定，例如plc发出指令，离合器1液压油油路的电磁阀7导通，液压油进入到离合器1的进油孔111，通过电机2转速与泵头总成3中轴的转速之间的转速差判断离合器1是否结合；此时在一个时间段后，电机2转速应该与泵头总成3中轴的转速相同，若不相同，则提示故障，若时间段超时，则提示故障。从而避免离合器1失效的情形。在电机2中设有角传感器，角传感器在一个时间段内的总和除于时间即为转速。在泵头总成3的轴设有编码器，从而得出泵头总成3的轴转速。

s2、从电磁阀7导通开始，到离合器1完全结合，通过电机2转速与检测座15的接近开关检测转速之间的转速差，判断电机连接部13与传动部12之间是否失效；由于电机连接部13与传动部12之间采用了弹性连接件14，不排除弹性连接件14失效的情形，采用该方案，能够判断弹性连接件14是否失效。

s3、从电磁阀7导通开始，到离合器1完全结合，通过泵头总成3中轴的转速与检测座15的接近开关检测转速之间的转速差，判断离合器1的摩擦片总成18是否打滑；摩擦片总成18的打滑通常能够在很短的时间发热，造成事故，因此应防止摩擦片产生更多的热量，虽然有些型号设置有温度传感器，但是温度传感器对于快速的温升的工况通常较为迟钝，而且温度传感器的耐用性一直不太理想，存在较大的失效的可能。在一个时间段后，泵头总成3中轴的转速与检测座15的接近开关检测转速应该相同，若不相同，则提示故障；若时间段超时，则提示打滑故障。

优选的方案如图1中，s4、在离合器1的壳体上还设有振动传感器6，采集正常状态下的振动频率作为判断标准，根据振动传感器6采集的实时振动频率判断离合器1是否出现故障；由于工况较为复杂，有些非典型故障，可能难以被检测，但是这些故障通常都会表达出振动变化。通常离合器1的振动频率在10~45hz之间，将振动数据整合后经过fft变换，获得基波数据和二次谐波数据，将正常状态下的振动频率的基波数据和二次谐波数据作为参考数据。将实时振动频率判的基波数据和二次谐波数据与参考数据进行比较，能够在较早的时间段发现故障。

通过以上步骤实现对离合器1工作状态的监测，能够提前发现设备的故障，通过维护即将故障阻止在萌芽阶段，大幅提高了设备的安全性，延长了设备的使用寿命。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。因记载的篇幅所限，本例中未能将所有的组合方案加以举例，因此，上述实施例中的技术特征，在互不冲突的前提下，能够互相组合以产生更多的技术方案。