Силовой агрегат насосной установки для глубокопроникающего гидравлического разрыва перемычек изолированных полостей нефтяных и газовых пластов Российский патент 2024 года по МПК F04B47/00 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно, к агрегатам для гидроразрыва нефтяных и газовых пластов и может использоваться для наиболее полной разработки изолированных полостей при буровых разработках нефтяных и газовых месторождений.

Известны силовые агрегаты насосной установки мобильного комплекса на транспортной колесной базе для глубокопроникающего гидравлического разрыва нефтяных и газовых пластов, содержащие двигатель внутреннего сгорания (ДВС), коробку переключения передач (КПП) и гидронасос, производства Канада и США (КП Cat CX 48-P2300), Германия (КП Cat ZF8TX), в которых используются гидромеханические планетарные КПП типа “Allison”.

Известен силовой агрегат установки для гидроразрыва пластов СИН 31.75 (Каталог продукции. Завод нефтегазового машиностроения Синергия стр. 26. URL: https://www.sinergia.ru/upload/files/catalog.pdf - Режим доступа: свободный / дата обращения: 12.07.2023), содержащий дизельный двигатель внутреннего сгорания с номинальной мощностью 2000 л.с., автоматической трансмиссией «Caterpillar», «Allison», «ZF», пятиплунжерный гидронасос установленный на транспортной базе - полуприцепе.

Недостатками известных силовых агрегатов являются недостаточная производительность и надежность в связи с использованием ДВС ограниченной мощности и гидронасосов с низким давлением рабочей жидкости, большие потери мощности двигателя при использовании гидротрансформатора в КПП, низкий коэффициент полезного действия и сложность конструкции.

Наиболее близким является силовой агрегат насосной установки для глубокопроникающего гидравлического разрыва перемычек изолированных полостей нефтяных и газовых пластов, содержащий двигатель внутреннего сгорания с эффективной мощностью от 2000 до 3000 л.с., гидронасос и двухвальную двухпоточную многоскоростную высокооборотную коробку переключения передач, промежуточный вал которой связан с двигателем внутреннего сгорания через повышающий обороты планетарный редуктор с неподвижной эпициклической шестерней с передаточным числом i₁=0,25, а грузовой вал через понижающий обороты планетарный редуктор с неподвижной эпициклической шестерней с передаточным числом i₂=4 связан с цилиндро-планетарным понижающим редуктором гидронасоса (Патент RU №2788355, МПК F04B 47/00, 17.01.2023).

Недостатком указанного изобретения является отсутствие возможности выбора передаточных чисел коробки переключения передач для обеспечения рационального распределения нагрузочных показателей в основном и дополнительном потоках мощности.

Задачей изобретения является разработка конструкции силового агрегата насосной установки для глубокопроникающего гидроразрыва нефтяных и газовых пластов, обеспечивающего возможность выбора передаточных чисел коробки переключения передач с рациональным распределением нагрузочных показателей в основном и дополнительном потоках мощности.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности работы, упрощение компоновки и уменьшение габарита по длине коробки переключения передач, обеспечивающих его эффективное использование для глубокопроникающего гидроразрыва нефтяных и газовых пластов.

Технический результат достигается за счет того, что в силовом агрегате насосной установки для глубокопроникающего гидравлического разрыва перемычек изолированных полостей нефтяных и газовых пластов, содержащем двигатель внутреннего сгорания с эффективной мощностью от 2000 до 3000 л.с., гидронасос и двухвальную двухпоточную многоскоростную высокооборотную коробку переключения передач, промежуточный вал которой связан с двигателем внутреннего сгорания через повышающий обороты планетарный редуктор, а грузовой вал через понижающий обороты планетарный редуктор связан с цилиндро-планетарным понижающим редуктором гидронасоса, при этом грузовой вал снабжен дисковым тормозом, коробка переключения передач выполнена с тремя зубчатыми передачами с фрикционными муфтами в дополнительном потоке мощности и с двумя зубчатыми передачами с фрикционными муфтами в основном потоке мощности.

Сущность изобретения заключается в конструкции силового агрегата с высокооборотной многоскоростной двухпоточной механической коробкой переключения передач (КПП), обеспечивающей регулирование оборотов и переключение передач с приблизительно равными ступенями переключения без разрыва потока мощности в процессе работы установки под нагрузкой с двигателем внутреннего сгорания (ДВС) с эффективной мощностью от 2000 до 3000 л.с. и гидронасосом с максимальным давлением рабочей жидкости 105 МПа.

В силовом агрегате насосной установки с дизельным ДВС с эффективной мощностью до 3000 л.с. используется КПП с тремя зубчатыми передачами с фрикционными муфтами в дополнительном потоке мощности к солнечной шестерне суммирующего планетарного ряда, с дисковым тормозом для остановки грузового вала, связанного с эпициклической шестерней суммирующего планетарного ряда, а также - с двумя зубчатыми передачами с фрикционными муфтами в основном потоке мощности к эпициклической шестерне суммирующего планетарного ряда.

Для удобства выбора передаточных чисел КПП с рациональным распределением нагрузочных показателей в основном и дополнительном потоках мощности, упрощения компоновки и уменьшения габарита L по длине КПП может быть использована кинематическая схема с двухпоточной двухвальной девятискоростной механической трансмиссией.

На фиг. 1 представлена кинематическая схема силового агрегата насосной установки для глубокопроникающего гидравлического разрыва перемычек изолированных полостей нефтяных и газовых пластов.

Силовой агрегат насосной установки для глубокопроникающего гидравлического разрыва перемычек изолированных полостей нефтяных и газовых пластов содержит дизельный ДВС 1 с эффективной мощностью от 2000 до 3000 л.с., n=1800 мин^-1, двухвальную двухпоточную многоскоростную высокооборотную коробку переключения передач 2, промежуточный вал 3 которой связан с двигателем внутреннего сгорания 1 через повышающий обороты планетарный редуктор 4, а грузовой вал 5 через остановочный тормоз (Т₀) 6 силового агрегата и понижающий обороты планетарный редуктор 7 связан с цилиндро-планетарным понижающим редуктором (не показан) гидронасоса 8 с максимальным давлением рабочей жидкости до 105 Мпа и снабжен дисковым тормозом Т₁.

Коробка переключения передач 2 выполнена с тремя зубчатыми передачами с фрикционными муфтами Ф₄, Ф₅, Ф₆ в дополнительном потоке мощности к солнечной шестерне суммирующего планетарного ряда и с двумя зубчатыми передачами с фрикционными муфтами Ф₂, Ф₃ в основном потоке мощности к эпициклической шестерне суммирующего планетарного ряда.

Цилиндро-планетарный редуктор встроен в гидронасос 8, а валы КПП по компоновке узла расположены горизонтально.

В отсеке А корпуса КПП размещены передачи основного потока мощности к суммирующему планетарному ряду и суммирующий планетарный ряд; в отсеке Б корпуса КПП размещены передачи дополнительного потока мощности к суммирующему планетарному ряду.

Силовой привод по этой схеме работает аналогично работе привода, приведенного в патенте на изобретение RU № 2788355. При этом в основном потоке мощности используются тормоз Т₁ и фрикционные муфты Ф₂, Ф₃, а в дополнительном потоке мощности - фрикционные муфты Ф₄, Ф₅, Ф₆.

Передаточные числа КПП при остановленном грузовом вале определяются по формулам:

.

Передаточные числа КПП при двух потоках мощности определяются по формулам:

Где К - внутреннее передаточное число суммирующего планетарного ряда. Минимальные размеры планетарного ряда получаются при К = 3. Следует стремиться к условию 1,5≤К≤4.

Здесь i₂, i₃ - передаточные числа основного потока мощности, i_Д1, i_Д2, i_Д3 - передаточные числа дополнительного потока мощности.

При заданных значениях передаточных чисел КПП и заданных значениях передаточных чисел основного потока мощности можно определить значения передаточных чисел дополнительного потока мощности и наоборот.

Используемая высокооборотная КПП (не выше 8000 об/мин на её элементах по условию работы подшипников качения) компактна и имеет фрикционные элементы управления с пониженными нагрузочными показателями, что обеспечивает ей надежную работу при использовании ДВС большой мощности.

Конструкция силового привода обеспечивает удобный выбор передаточных чисел КПП с рациональным распределением нагрузочных показателей в основном и дополнительном потоках мощности. При этом упрощается компоновка КПП и уменьшается её габарит по длине.

Таким образом, силовой агрегат насосной установки для глубокопроникающего гидравлического разрыва перемычек изолированных полостей нефтяных и газовых пластов, содержащий двигатель внутреннего сгорания с эффективной мощностью от 2000 до 3000 л.с., гидронасос и двухвальную двухпоточную многоскоростную высокооборотную коробку переключения передач с тремя зубчатыми передачами с фрикционными муфтами в дополнительном потоке мощности и с двумя зубчатыми передачами с фрикционными муфтами в основном потоке мощности, промежуточный вал которой связан с двигателем внутреннего сгорания через повышающий обороты планетарный редуктор, а грузовой вал снабжен дисковым тормозом и через понижающий обороты планетарный редуктор связан с цилиндро-планетарным понижающим редуктором гидронасоса, обеспечивает повышение надежности работы, упрощение компоновки и уменьшение габарита по длине коробки переключения передач, обеспечивающих его эффективное использование для глубокопроникающего гидроразрыва нефтяных и газовых пластов.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к агрегатам для гидроразрыва нефтяных и газовых пластов. Технический результат достигается в силовом агрегате насосной установки для глубокопроникающего гидравлического разрыва перемычек изолированных полостей нефтяных и газовых пластов, содержащем двигатель внутреннего сгорания с эффективной мощностью от 2000 до 3000 л.с., гидронасос и двухвальную двухпоточную многоскоростную высокооборотную КПП, выполненную с тремя зубчатыми передачами с фрикционными муфтами в дополнительном потоке мощности и с двумя зубчатыми передачами с фрикционными муфтами в основном потоке мощности, промежуточный вал которой связан с двигателем внутреннего сгорания через повышающий обороты планетарный редуктор, а грузовой вал снабжен дисковым тормозом и через понижающий обороты планетарный редуктор связан с цилиндро-планетарным понижающим редуктором гидронасоса. Технический результат - повышение надежности работы, упрощение компоновки и уменьшение габарита по длине коробки переключения передач, обеспечивающих его эффективное использование для глубокопроникающего гидроразрыва нефтяных и газовых пластов. 1 ил.

Силовой агрегат насосной установки для глубокопроникающего гидравлического разрыва перемычек изолированных полостей нефтяных и газовых пластов, содержащий двигатель внутреннего сгорания с эффективной мощностью от 2000 до 3000 л.с., гидронасос и двухвальную двухпоточную многоскоростную высокооборотную коробку переключения передач, промежуточный вал которой связан с двигателем внутреннего сгорания через повышающий обороты планетарный редуктор, а грузовой вал через понижающий обороты планетарный редуктор связан с цилиндро-планетарным понижающим редуктором гидронасоса, отличающийся тем, что грузовой вал снабжен дисковым тормозом, коробка переключения передач выполнена с тремя зубчатыми передачами с фрикционными муфтами в дополнительном потоке мощности и с двумя зубчатыми передачами с фрикционными муфтами в основном потоке мощности.