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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
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