一种压裂泵健康状态监视系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种压裂泵健康状态监视系统，包括位置传感器、应变仪、计算设备和显示设备，位置传感器用于检测各个柱塞的实时位置，输出表示各个柱塞实时位置的传感信号，应变仪用于检测液力端每个缸的应变，输出表示液力端每个缸的应变的传感信号。本发明专利技术提出的压裂泵健康状态监视系统实时监控压裂泵运行状态，根据压裂泵运行状态对泵进行检修，降低维护保养频次，提高泵阀体配件使用效率，减少维护费。本发明专利技术提出一种压裂泵健康状态监视方法，通过监控压裂泵液力端缸内压力变化的趋势，配合对柱塞位置的监测，可以通过比较吸入阀和排出阀的动作延迟来判断压裂泵的运行状态，识别压裂泵的健康状态，进而为压裂泵的状态检修提供依据。

A health monitoring system and method for fracturing pumps

The invention discloses a health monitoring system for a fracturing pump, which includes a position sensor, a strain gauge, a calculating device and a display device. The position sensor is used to detect the real-time position of each plunger, and outputs a sensing signal indicating the real-time position of each plunger. The strain gauge is used to detect the strain of each cylinder at the hydraulic end and an output table. The sensing signal of the strain at each end of the cylinder is shown. The health condition monitoring system of the fracturing pump provided by the invention monitors the running state of the fracturing pump in real time, and carries out maintenance of the pump according to the running state of the fracturing pump, reduces the frequency of maintenance, improves the use efficiency of the valve body accessories of the pump, and reduces the maintenance cost. The invention provides a method for monitoring the health status of a fracturing pump. By monitoring the trend of pressure change in the cylinder of the hydraulic end of a fracturing pump and monitoring the position of the plunger, the operation status of a fracturing pump can be judged by comparing the action delays of the suction valve and the discharge valve, and the health status of a fracturing pump can be identified, and then the status of a fracturing pump can be identified. State maintenance provides basis.

【技术实现步骤摘要】
一种压裂泵健康状态监视系统及方法
本专利技术涉及石油压裂作业
，尤其涉及一种压裂泵健康状态监视系统及方法。
技术介绍
在水力压裂作业中，利用压裂液传导压力的作用，将地层压开，形成数条裂缝，从而达到增产增注的目地，压裂泵是实现这一目地的核心设备。针对压裂施工的工况，要求压裂泵具备压力高、排量大、耐腐蚀及耐磨性强的特点，这使得压裂泵的零部件容易磨损，需要频繁更换。零部件频繁更换会增加替换零件的额外成本以及用于安装替换零件操作的额外时间。
技术实现思路
为了解决压裂泵零部件频繁更换增加的额外成本和安装替换零件操作的额外时间的不利影响，本专利技术提供一种压裂泵健康状态监视系统，实时监控压裂泵运行状态，根据压裂泵运行状态对泵进行检修，降低维护保养频次，提高泵阀体配件使用效率，减少维护费。具体的，一种压裂泵健康状态监视系统，其特征在于，包括位置传感器、应变仪、计算设备和显示设备，所述位置传感器、所述应变仪均连接所述计算设备，所述计算设备连接所述显示设备；所述位置传感器用于检测各个柱塞的实时位置，输出表示各个柱塞实时位置的传感信号；所述应变仪用于检测液力端每个缸的应变，输出表示液力端每个缸的应变的传感信号；所述计算设备包括信号采集模块、处理器、存储器，所述信号采集模块为多个，分别连接所述位置传感器、所述应变仪，用于接收传感信号；所述处理器与所述信号采集模块连接，用于根据位置传感器和应变仪的传感信号计算并确定各阀门的活动状态的临界值，判断各阀门的工作状态，工作异常时发出报警；所述存储器与所述处理器连接，用于存储传感数据和各阀门的工作状态数据；所述显示设备用于显示压裂泵运行状态及生成的报警信息。优选地，所述位置传感器为接近开关或编码器。优选地，位置传感器安装于压裂泵动力端曲轴处，通过确定曲轴的位置进而确定柱塞的实时位置。优选地，所述位置传感器安装于临近柱塞运动路径处，直接监测柱塞的实时位置。优选地，所述应变仪为电阻应变仪、光纤应变仪或半导体应变仪，所述应变仪安装于压裂泵液力端的外表面。优选地，所述显示设备为PC电脑显示器、HMI触摸屏或高清数字电视。优选地，所述显示设备还可发出报警声音。本专利技术还提出一种压裂泵健康状态监视方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：计算设备接收位置传感器信号，计算各个柱塞的实时位置；S2：计算设备接收应变仪信号及计算获得的柱塞位置信号，得到各个缸吸入阀和排出阀的动作点；S3：通过柱塞的位置和各阀的动作点确定吸入阀及排出阀动作延迟；S4：判断某一个或多各阀动作延迟出现异常，若是，转入步骤S5，若否，转入步骤S1继续监视；S5：判断故障位置及故障级别，输出到显示器；S6：判断是否结束监视，若是，输入S7，若否，转入S1继续监视。本专利技术的有益效果在于：（1）本专利技术提出的压裂泵健康状态监视系统实时监控压裂泵运行状态，根据压裂泵运行状态对泵进行检修，降低维护保养频次，提高泵阀体配件使用效率，减少维护费。（2）本专利技术提出一种压裂泵健康状态监视方法，通过监控压裂泵液力端缸内压力变化的趋势，配合对柱塞位置的监测，可以通过比较吸入阀和排出阀的动作延迟来判断压裂泵的运行状态，识别压裂泵的健康状态，进而为压裂泵的状态检修提供依据。附图说明图1是本专利技术提出的一种压裂泵健康状态监视系统结构示意图。图2是压裂泵结构俯视图。图3是压裂泵结构侧视图。图4是位置传感器放置在临近柱塞运动路径处产生的脉冲信号。图5是位置传感器放置在压裂泵动力端曲轴处产生的角度信号。图6是放置在液力端外表面的应变仪获得的应变信号。图7是吸入阀和排出阀阀动作与应变信号和位置信号之间的关系。图8是本专利技术提出的一种压裂泵健康状态监视方法流程图。具体实施方式为了对本专利技术的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本专利技术的具体实施方式。本专利技术提出的一种压裂泵健康状态监视系统的实施例如图1所示。压裂泵健康状态监视系统，包括位置传感器、应变仪、计算设备和显示设备，位置传感器、应变仪均连接计算设备，计算设备连接显示设备；位置传感器用于检测各个柱塞的实时位置，输出表示各个柱塞实时位置的传感信号；应变仪用于检测液力端每个缸的应变，输出表示液力端每个缸的应变的传感信号；计算设备包括信号采集模块、处理器、存储器，信号采集模块为多个，分别连接位置传感器、应变仪，用于接收传感信号；处理器与信号采集模块连接，用于根据位置传感器和应变仪的传感信号计算并确定各阀门的活动状态的临界值，判断各阀门的工作状态，工作异常时发出报警；存储器与处理器连接，用于存储传感数据和各阀门的工作状态数据；显示设备用于显示压裂泵运行状态及生成的报警信息。本专利技术提出的一种压裂泵健康状态监视系统监测原理如下：压裂泵结构如图2、3所示，压裂泵主要由动力端、液力端及旋转总成组成。动力端由电动机提供动力，由电动机和传动箱组成；液力端由五个缸组成，通过每个缸吸入排出压裂液；旋转总成由一个曲轴，多个连杆、十字头、柱塞及相关连接结构件组成，曲轴位于压裂泵后端，通过连杆和十字头与液力端每个缸的柱塞相连。压裂泵液力端的每个液缸一个单独的柱塞，通过连杆和十字头机械地连接到曲轴上，同时，每个液缸还包括一个吸入阀和排出阀，曲轴驱动柱塞在缸内直线往返运动，使得液体从吸入阀吸入缸内，从排出阀排出。例如，柱塞缩回，一部分吸力用来打开吸入阀，同时，允许液体进入缸内，在这个过程中，液体从相应的吸入管汇被吸入到每个缸内，从而填补柱塞在缸内缩回留下的空间，排出阀处于关闭状态。在某些情况下，这一过程是压裂泵液缸内减压的一个过程。另一种情况，如柱塞伸出进入缸内，随着柱塞深入缸内，液体被加压，在此期间，吸入阀关闭，允许对液体加压，迫使排出阀打开，液体从缸内排出进入相应的排出管汇。当缸内压力不足以支撑排出阀打开状态，排出阀关闭。由此，柱塞在液缸内往复运动，相应的吸入阀和排出阀循环打开和关闭。监控系统包括一个或多个位置传感器来测量曲轴的位置，通过测量曲轴的位置进而确定每个柱塞在液缸内的位置，位置传感器可以放置在压裂泵的外面，例如，如图2所示，在曲轴外面放置一个位置传感器来测量曲轴的位置。图4和图5描述的是压裂泵运行期间，由位置传感器得到的曲轴位置信号，位置信号在显示单元上显示。图4描述的是位置信号是一以横坐标为时间（单位为毫秒）的脉冲信号，传感器放置在临近柱塞运动路径处，测量柱塞在缸内的实际位置，通过换算，该信号也可以代表曲轴的位置。图5描述的是位置信号是一以横坐标为时间（单位为毫秒）的角度信号，传感器放置在压裂泵动力端曲轴处，测量曲轴的旋转位置，通过换算，该信号也可以代表柱塞在缸内的实际位置。例如，计算设备确定柱塞位置的参考点柱塞完全伸出和柱塞完全缩回，其中，图4和图5中的柱塞完全伸出参考点相对应，表示柱塞抽离液缸最近位置，图4和图5中的柱塞完全缩回参考点相对应，表示柱塞抽离液缸最远位置，柱塞完全伸出参考点与柱塞完全缩回参考点之间的距离表示柱塞在缸内一个行程的完成长度。图4中，处理器可以直接由脉冲信号确定参考点，也可以通过其他关联位置信号（如编码器角度信号）确定，通常，曲轴和柱塞运动之间的关系是确定的。图5显示了一个位置信号，横坐标为时间（单位为毫秒），纵坐标为曲轴旋转角度（单位为°）。通常，该位置信号可以通过位于曲轴边的位置传感器获本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种压裂泵健康状态监视系统，其特征在于，包括位置传感器、应变仪、计算设备和显示设备，所述位置传感器、所述应变仪均连接所述计算设备，所述计算设备连接所述显示设备；所述位置传感器用于检测各个柱塞的实时位置，输出表示各个柱塞实时位置的传感信号；所述应变仪用于检测液力端每个缸的应变，输出表示液力端每个缸的应变的传感信号；所述计算设备包括信号采集模块、处理器、存储器，所述信号采集模块为多个，分别连接所述位置传感器、所述应变仪，用于接收传感信号；所述处理器与所述信号采集模块连接，用于根据位置传感器和应变仪的传感信号计算并确定各阀门的活动状态的临界值，判断各阀门的工作状态，工作异常时发出报警；所述存储器与所述处理器连接，用于存储传感数据和各阀门的工作状态数据；所述显示设备用于显示压裂泵运行状态及生成的报警信息。

【技术特征摘要】
1.一种压裂泵健康状态监视系统，其特征在于，包括位置传感器、应变仪、计算设备和显示设备，所述位置传感器、所述应变仪均连接所述计算设备，所述计算设备连接所述显示设备；所述位置传感器用于检测各个柱塞的实时位置，输出表示各个柱塞实时位置的传感信号；所述应变仪用于检测液力端每个缸的应变，输出表示液力端每个缸的应变的传感信号；所述计算设备包括信号采集模块、处理器、存储器，所述信号采集模块为多个，分别连接所述位置传感器、所述应变仪，用于接收传感信号；所述处理器与所述信号采集模块连接，用于根据位置传感器和应变仪的传感信号计算并确定各阀门的活动状态的临界值，判断各阀门的工作状态，工作异常时发出报警；所述存储器与所述处理器连接，用于存储传感数据和各阀门的工作状态数据；所述显示设备用于显示压裂泵运行状态及生成的报警信息。2.如权利要求1所述的一种压裂泵健康状态监视系统，其特征在于，所述位置传感器为接近开关或编码器。3.如权利要求1所述的一种压裂泵健康状态监视系统，其特征在于，所述位置传感器安装于压裂泵动力端曲轴处，通过确定曲轴的位置进而确定柱塞的实时位置。...

【专利技术属性】
技术研发人员：王江阳，马双富，马鹏宇，
申请(专利权)人：四川宏华电气有限责任公司，
类型：发明
国别省市：四川,51