840K液氮泵车的技术效果分析及综合评价.docx

840K液氮泵车的技术效果分析及综合评价付军刚，杜龙，王美琴（川庆钻探长庆井下技术作业公司， 陕西 咸阳 840K液氮泵车的技术效果分析及综合评价 付军刚，杜龙，王美琴 （川庆钻探长庆井下技术作业公司， 陕西 咸阳 712000） [摘 要] 通过直燃式840K液氮泵车机械系统的结构分析，对传动系统的效率、冷端能力的计算，着重分析了蒸发系统的结 构原理，并对设备进行了综合评价。 [关键词] 直燃式；840K液氮泵车；蒸发器；效能评价 根据蒸发液氮方式的不同，液氮泵设备分 为直燃式和非直燃式。非直燃式，即热回收式， 蒸发系统利用回收的柴油机产生的热量来蒸发液 氮。目前，400K液氮泵车已是车载非直燃式的最 佳配置，这种系统用在小排量装置上效能较好， 但用在大排量装置上，则效能变差。 当大排量液氮蒸发装置采用这种蒸发系统 时，则需要采用更大的发动机，从而增加了整套 装置的重量和成本。例如，一套在105MPa压力下 氮气排量为240.9 Nm3/m的非直燃式液氮蒸发装置 需一台约2205kW的发动机。设计在 105MPa压力 下氮气排量大于157.7 Nm3/m的经济高效的液氮蒸 发装置，并非易事。 840K 液氮泵车为直燃式液氮泵车，施工排 量大，在压力为59.5MP a ，达到最大施工排量 367.9Nm3/m。设备基本施工能力约为 400K非直燃 式液氮泵车的2倍。 1 840K液氮泵车的基本结构 840K液氮泵车主要动力来源：车载卡特匹勒 CAT C32发动机，通过阿里森9806传动箱将动力传 递给高压三缸柱塞液氮泵，在传动箱的顶部和侧 部装备有动力启动单元。驱动蒸发器风扇的液压 泵由顶部动力启动单元启动，而侧部动力启动单 元启动供给集成块的液压泵，该集成块用于将此 泵的输出分配给三联液氮泵润滑泵驱动马达、三 联液氮泵刹车系统、开启和关闭液氮排出阀的液 压执行器及增压泵驱动马达。 传动箱带有发动机油门调节功能，为高压三 联液氮泵在不同速度下的运行提供必要的控制。 泵出动力端提供旋转动力以驱动高压泵的动力 端，该端将旋转运动转变为冷端的往复运动。传 动箱挡位选择（在操作面板上有7 个挡位可供选 择），在传动箱闭锁情况下，第1 挡位为最低排 量，第7挡位为最高排量，发动机转速调节（转速 范围为1500-2100rpm，通过操作台上的发动机油 门进行控制）。 在设备作业过程中，储罐中的液氮经由增 压泵加压后进入三缸泵的进液管汇，缸泵吸入 口的供给压力为60psi ，离心泵的排量大于提供 367.9Nm 3 /m 氮气连续排量所需的泵送液氮的排 量。三缸泵排出的液氮经过直燃式蒸发器转变为 温度15℃-21℃的气体（注：该排放温度由操作人 员预设），由排放阀流出。变速箱齿轮挡位和发 动机转速联合控制泵的转速和三缸泵的排量。蒸 发器风扇转速自动匹配三缸泵排量，保持排放温 度为设定的温度。 2 传动系统效率分析 直燃式840K液氮泵车的机械传动系统与水力 压裂设备动力配置一样，增加液氮低压系统和液 氮蒸发系统。 2.1 传动系统功率计算 CAT C32柴油机额定功率：N额定=870 kW （1200hp）； 柴油机风扇消耗的功率：N 风按额定功率的 5%计算：N风=43.5 kW； 空压机和发电机等消耗的功率：N空按额定功 率的0.5%计算：N空= 4.35kW； 润滑冷却油泵等消耗的功率：N润滑额定功率 的0.2%计算：N润滑= 1.74kW； 柴油机实际输出功率：N输出=N额定-N风-N 空-N润滑=820.4kW； 变速箱传动效率：η变=95%—98%； 传动轴的机械效率：η传=95%—98%； 作者简介：付军刚（1978—），男，陕西蒲城人，本科学历， 工程师，从事设备管理工作。 石油和化工设备2011年第14卷技术交流- 42 -分动箱的机械效率：η分=95%—98%；动力端输入功率计算：N=N输出×η变×η传×η分×η液×η分=725.6kW2.2 三缸泵功率特性高压三联液氮泵采用三个独立口径正向位 石油和化工设备 2011年第14卷 技术交流 - 42 - 分动箱的机械效率：η分=95%—98%； 动力端输入功率计算：N=N输出×η变×η 传×η分×η液×η分=725.6kW 2.2 三缸泵功率特性 高压三联液氮泵采用三个独立口径正向位 移活塞流体泵（冷端）将液氮泵到蒸发器。在活 塞的吸入行程中，液氮通过吸入阀被吸进各冷端 中。在活塞的泵出行程中，液氮通过排出阀被挤 出冷端向蒸发器供给高压液氮（依据背压不同， 压力可达103.4Mpa，15000psi）。三联泵动力端 及动力端齿轮箱润滑系统由位于三联泵内的润滑 油箱提供润滑油