1.本公開至少一個實施例涉及一種柱塞泵系統(tǒng)及其壓力脈動補償方法、壓裂設(shè)備。

背景技術(shù)：

2.目前，在多缸柱塞泵中，驅(qū)動柱塞的曲軸的周期性運動產(chǎn)生了流量脈動，該流量脈動使得多缸柱塞泵排出的高壓脈動流體出現(xiàn)了壓力脈動。壓力脈動表現(xiàn)為持續(xù)的振動，降低了管路和部件的使用壽命，進(jìn)而損壞與多缸柱塞泵出液端連接的設(shè)備和系統(tǒng)。此外，高壓脈動流體出現(xiàn)的壓力脈動還會伴有較大的噪聲，較大的噪聲容易造成環(huán)境污染。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

3.本公開的至少一實施例提供一種柱塞泵系統(tǒng)及其壓力脈動補償方法、壓裂設(shè)備。

4.本公開的至少一實施例提供一種柱塞泵系統(tǒng)，包括第一柱塞泵和流體壓力補償結(jié)構(gòu)。流體壓力補償結(jié)構(gòu)被配置為對所述第一柱塞泵的輸出端輸出的流體的壓力脈動進(jìn)行補償。所述流體壓力補償結(jié)構(gòu)包括至少一個直線電機和由所述至少一個直線電機驅(qū)動的第二柱塞泵，所述第二柱塞泵的輸出端與所述第一柱塞泵的所述輸出端連通。

5.例如，根據(jù)本公開實施例，每個直線電機驅(qū)動的所述第二柱塞泵的數(shù)量為兩個，所述直線電機的動子的兩端分別連接并驅(qū)動兩個第二柱塞泵，所述直線電機和所述兩個第二柱塞泵沿一直線方向排列，且所述直線電機被配置為在所述兩個第二柱塞泵之間往復(fù)直線運動。

6.例如，根據(jù)本公開實施例，所述至少一個直線電機包括多個直線電機，所述多個直線電機中的至少一個直線電機驅(qū)動的所述第二柱塞泵的數(shù)量為一個。

7.例如，根據(jù)本公開實施例，所述第一柱塞泵包括多缸柱塞泵。

8.例如，根據(jù)本公開實施例，所述第二柱塞泵包括單缸柱塞泵。

9.例如，根據(jù)本公開實施例，柱塞泵系統(tǒng)還包括控制器與所述直線電機電連接。所述控制器被配置為根據(jù)所述第一柱塞泵的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)所述直線電機的速度，以使所述第二柱塞泵的輸出端輸出的流體的壓力脈動的周期與所述第一柱塞泵的輸出端輸出的流體的壓力脈動的周期相等，且兩者的相位相反；和/或，所述控制器被配置為根據(jù)所述第一柱塞泵輸出的流體的壓力調(diào)節(jié)所述直線電機的推力，以使所述第二柱塞泵的輸出端輸出的流體的壓力脈動的壓力幅值與所述第一柱塞泵的輸出端輸出的流體的壓力脈動的壓力幅值相等，且兩者的相位相反。

10.例如，根據(jù)本公開實施例，柱塞泵系統(tǒng)還包括轉(zhuǎn)速采集部和/或壓力采集部。轉(zhuǎn)速采集部與所述第一柱塞泵連接且被配置為采集所述第一柱塞泵的轉(zhuǎn)速。壓力采集部與所述第一柱塞泵連接，且被配置為采集所述第一柱塞泵輸出的流體的壓力脈動信號。

11.例如，根據(jù)本公開實施例，所述控制器與所述轉(zhuǎn)速采集部電連接，所述控制器包括線性轉(zhuǎn)換部和速度調(diào)節(jié)部，所述線性轉(zhuǎn)換部被配置為根據(jù)所述第一柱塞泵的轉(zhuǎn)速進(jìn)行線性轉(zhuǎn)換計算得到所述流體壓力補償結(jié)構(gòu)輸出的流體的脈動周期；所述速度調(diào)節(jié)部被配置為根

據(jù)所述流體的脈動周期計算所述直線電機的預(yù)設(shè)速度，所述控制器根據(jù)所述預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)所述直線電機的速度。

12.例如，根據(jù)本公開實施例，所述壓力采集部與所述控制器電連接，所述控制器被配置為根據(jù)所述壓力采集部采集的所述壓力脈動信號控制所述直線電機的所述推力。

13.例如，根據(jù)本公開實施例，所述第二柱塞泵的輸入端與所述第一柱塞泵的輸入端連通。

14.本公開至少一實施例提供一種壓裂設(shè)備，包括上述任一柱塞泵系統(tǒng)。

15.本公開至少一實施例提供一種應(yīng)用于上述柱塞泵系統(tǒng)的壓力脈動補償方法，包括：根據(jù)所述第一柱塞泵的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)所述直線電機的速度，以使所述第二柱塞泵的輸出端輸出的流體的壓力脈動的周期與所述第一柱塞泵的輸出端輸出的流體的壓力脈動的周期相等，且兩者的相位相反；和/或，根據(jù)所述第一柱塞泵輸出的流體的壓力調(diào)節(jié)所述直線電機的推力，以使所述第二柱塞泵的輸出端輸出的流體的壓力脈動的壓力幅值與所述第一柱塞泵的輸出端輸出的流體的壓力脈動的壓力幅值相等，且兩者的相位相反。

16.例如，根據(jù)本公開實施例，根據(jù)所述第一柱塞泵的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)所述直線電機的速度包括：采集所述第一柱塞泵的轉(zhuǎn)速；根據(jù)所述第一柱塞泵的轉(zhuǎn)速進(jìn)行線性轉(zhuǎn)換計算得到所述流體壓力補償結(jié)構(gòu)輸出的流體的脈動周期；以及根據(jù)所述流體的脈動周期計算所述直線電機的預(yù)設(shè)速度，并根據(jù)所述預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)所述直線電機的速度。

17.例如，根據(jù)本公開實施例，根據(jù)所述第一柱塞泵輸出的流體的壓力調(diào)節(jié)所述直線電機的推力包括：采集所述第一柱塞泵輸出的流體的壓力脈動信號；以及根據(jù)所述壓力脈動信號控制所述直線電機的所述推力。

附圖說明

18.為了更清楚地說明本公開實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅涉及本公開的一些實施例，而非對本公開的限制。

19.圖1為根據(jù)本公開實施例提供的柱塞泵系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；

20.圖2為根據(jù)本公開實施例的一示例提供的流體壓力補償結(jié)構(gòu)的示意圖；

21.圖3為圖1所示的控制器與轉(zhuǎn)速采集部電連接的示意圖；

22.圖4為圖1所示的控制器根據(jù)第一柱塞泵的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)直線電機的速度的至少部分過程示意圖；

23.圖5為圖1所示的控制器與壓力采集部電連接的示意圖；以及

24.圖6為根據(jù)本公開實施例提供的壓裂設(shè)備的結(jié)構(gòu)框圖。

具體實施方式

25.為使本公開實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本公開實施例的附圖，對本公開實施例的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例是本公開的一部分實施例，而不是全部的實施例?；谒枋龅谋竟_的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在無需創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本公開保護(hù)的范圍。

26.除非另外定義，本公開使用的技術(shù)術(shù)語或者科學(xué)術(shù)語應(yīng)當(dāng)為本公開所屬領(lǐng)域內(nèi)具有一般技能的人士所理解的通常意義。本公開中使用的“第一”、“第二”以及類似的詞語并

不表示任何順序、數(shù)量或者重要性，而只是用來區(qū)分不同的組成部分?！鞍ā被蛘摺鞍钡阮愃频脑~語意指出現(xiàn)該詞前面的元件或者物件涵蓋出現(xiàn)在該詞后面列舉的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。本公開中，“第一柱塞泵”和“第二柱塞泵”的名稱可以互換，其中一者被直線電機驅(qū)動，另一者被作為動力源的電動機或者渦輪發(fā)動機驅(qū)動。

27.消除流量脈動的方式包括被動式補償和主動式補償。被動式補償指在脈動管路上加裝蓄能緩沖器，根據(jù)產(chǎn)生流量脈動的系統(tǒng)的壓力情況，對蓄能緩沖器設(shè)定一個壓力，以降低系統(tǒng)的壓力脈動的幅值。主動式補償指通過加入外動力源，對系統(tǒng)引入與脈動壓力幅值和周期相等，相位相反的次級脈動來消除系統(tǒng)中的初始脈動。

28.主動式脈動補償包括三種形式：入流式補償，分流式補償和分流入流式補償。主動式脈動補償通過主動控制流量的方式，使得系統(tǒng)最終輸出平穩(wěn)的流量。入流式主動補償指在系統(tǒng)中加入額外的能源，例如在系統(tǒng)中加入補流量泵，泵的補給量由伺服閥控制，針對系統(tǒng)的管道中流量脈動的波谷進(jìn)行補充，使管道中的流量趨于平穩(wěn)，減少系統(tǒng)中的壓力脈動。分流式主動補償指通過調(diào)節(jié)一個管路中閥門開度，分流一部分峰值流量，達(dá)到平穩(wěn)流量輸出，穩(wěn)定壓力的目的。分流入流式主動補償將分流式和入流式進(jìn)行耦合，即對管道輸出的流體處于流量峰值時進(jìn)行分流，處于流量谷值時進(jìn)行補充的方式保持系統(tǒng)流量和壓力的平穩(wěn)，達(dá)到消減壓力脈動的效果。

29.在實際使用過程中，采用被動式脈動補償方式在排出管路上加裝蓄能緩沖器的體積過大，該方式對低頻脈動的補償效果差。在高壓大排量作業(yè)中，管路振動較強。主動式脈動補償由于工藝復(fù)雜，在20mpa左右的系統(tǒng)中僅有少量應(yīng)用，而在超過50mpa的作業(yè)中則沒有實質(zhì)性的應(yīng)用，所以造成管路和設(shè)備的壽命低，更換頻繁。

30.在研究中，本技術(shù)的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)多缸柱塞泵的工作壓力非常高，如果采用分流式主動補償方式，泄放過程危險性高，容易磨損噴射裝置，造成設(shè)備的壽命降低。

31.本公開的實施例提供一種柱塞泵系統(tǒng)及其壓力脈動補償方法、壓裂設(shè)備。柱塞泵系統(tǒng)包括第一柱塞泵和流體壓力補償結(jié)構(gòu)。流體壓力補償結(jié)構(gòu)被配置為對第一柱塞泵的輸出端輸出的流體的壓力脈動進(jìn)行補償。流體壓力補償結(jié)構(gòu)包括至少一個直線電機和由至少一個直線電機驅(qū)動的第二柱塞泵，第二柱塞泵的輸出端與第一柱塞泵的輸出端連通。本公開實施例提供的柱塞泵系統(tǒng)中增加了具有直線電機和第二柱塞泵的流體壓力補償結(jié)構(gòu)，直線電機的體積小，便于與第二柱塞泵集成以實現(xiàn)緊湊設(shè)計，且直線電機便于調(diào)節(jié)和控制以實現(xiàn)對第一柱塞泵輸出的流體的壓力脈動進(jìn)行補償。

32.下面結(jié)合附圖對本公開實施例提供的柱塞泵系統(tǒng)及其壓力脈動補償方法、壓裂設(shè)備進(jìn)行描述。

33.圖1為根據(jù)本公開實施例提供的柱塞泵系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。如圖1所示，柱塞泵系統(tǒng)包括第一柱塞泵100和流體壓力補償結(jié)構(gòu)200。流體壓力補償結(jié)構(gòu)200被配置為對第一柱塞泵100的輸出端101輸出的流體的壓力脈動進(jìn)行補償。流體壓力補償結(jié)構(gòu)200包括至少一個直線電機210和由至少一個直線電機210驅(qū)動的第二柱塞泵220，第二柱塞泵220的輸出端221與第一柱塞泵100的輸出端101連通，以使第二柱塞泵220的輸出端221輸出的流體對第一柱塞泵100的輸出端101輸出的流體的壓力脈動進(jìn)行補償。本公開實施例提供的柱塞泵系統(tǒng)中增加了具有直線電機和第二柱塞泵的流體壓力補償結(jié)構(gòu)，直線電機的體積小，便于與第二柱塞泵集成以實現(xiàn)緊湊設(shè)計，且直線電機便于調(diào)節(jié)和控制以實現(xiàn)對第一柱塞泵輸出的

流體的壓力脈動進(jìn)行補償。

34.上述包括直線電機和第二柱塞泵的流體壓力補償系統(tǒng)采用入流式主動補償方式，使用直線電機驅(qū)動的第二柱塞泵柱可以對第一柱塞泵輸出的流體的壓力動脈進(jìn)行補償。本公開實施例提供的柱塞泵系統(tǒng)通過使用入流式主動補償?shù)姆绞剑梢员苊飧邏毫黧w的泄放引起的噪聲，以及對與第一柱塞泵輸出端連接的設(shè)備的磨損等。此外，采用直線電機驅(qū)動第二柱塞泵，可以通過較小的排量實現(xiàn)壓力脈動補償。

35.例如，第一柱塞泵100在工作時，機械能經(jīng)柱塞泵直接轉(zhuǎn)化為輸送液體的壓力能。例如，第一柱塞泵100可以包括動力端總成110和液力端總成120，液力端總成包括柱塞和閥箱，動力端總成包括曲軸、連桿、滑軌和十字頭，動力從十字頭傳遞到柱塞。例如，柱塞和十字頭之間可以設(shè)置拉桿，拉桿固定在十字頭上，柱塞固定在拉桿上，十字頭在滑軌內(nèi)部往復(fù)運動，十字頭通過拉桿帶動柱塞在液力端總成內(nèi)部(例如閥箱內(nèi))往復(fù)運動，使液體吸入泵杠并高壓排出管路，實現(xiàn)低壓流體的吸入和高壓流體的排出。此外，在一些示例中，柱塞也可以直接安裝到動力端總成內(nèi)部的十字頭上。然而，上述第一柱塞泵的結(jié)構(gòu)僅僅是示例性的，根據(jù)本公開實施例中的第一柱塞泵可以選擇任意合適結(jié)構(gòu)的柱塞泵。

36.例如，第一柱塞泵100的輸出端101可以指第一柱塞泵100排出高壓流體的端口。

37.例如，第一柱塞泵100包括多缸柱塞泵。例如，多缸柱塞泵可以包括多缸閥箱。例如，圖1示意性的示出多缸閥箱包括三缸閥箱，但不限于此，多缸閥箱也可以包括兩缸閥箱、四缸閥箱、五缸閥箱、六缸閥箱或者七缸閥箱。

38.例如，如圖1所示，柱塞泵系統(tǒng)還包括動力源300，動力源300被配置為驅(qū)動第一柱塞泵100。例如，動力源300可以與第一柱塞泵100的動力端連接，且配置為對第一柱塞泵100的動力端提供動力。例如，動力源可以為電動機，也可以為渦輪發(fā)動機，本公開實施例對此不作限制。

39.例如，如圖1所示，每個直線電機210驅(qū)動的第二柱塞泵220的數(shù)量為兩個。例如，每個直線電機210可以為雙作用直線電機，即一個直線電機210驅(qū)動兩個第二柱塞泵220，且該直線電機210位于兩個第二柱塞泵220之間。例如，直線電機210的動子的兩端分別連接并驅(qū)動兩個第二柱塞泵220，直線電機210和兩個第二柱塞泵220沿一直線方向排列，且直線電機210的動子被配置為在兩個第二柱塞泵220之間往復(fù)直線運動。直線電機利用其直線運動的特性，可以直接驅(qū)動第二柱塞泵。

40.例如，第二柱塞泵220包括液力端總成，直線電機210可以通過連接總成與液力端總成連接。例如，液力端總成可以包括柱塞和閥箱。例如，連接總成可以包括柱塞連接件、支撐桿和動子連接件，支撐桿的一端與柱塞連接件連接，支撐桿的另一端與動子連接件連接，柱塞連接件的另一端與柱塞連接，動子連接件的另一端與直線電機的動子連接，直線電機可以通過連接總成驅(qū)動柱塞在閥箱內(nèi)往復(fù)運動，使液體吸入泵缸并高壓排出，實現(xiàn)低壓流體的吸入和高壓流體的排出。當(dāng)然，本公開實施例不限于此，直線電機的動子還可以與第二柱塞泵的柱塞直接連接。

41.例如，第二柱塞泵220可以包括單缸柱塞泵。例如，直線電機210的動子的兩端分別連接并驅(qū)動兩個單缸柱塞泵，例如，本公開實施例的一示例使用雙作用直線電機驅(qū)動兩個單缸柱塞泵。直線電機的直線運動特性，便于與雙作用單缸柱塞泵集成，設(shè)計緊湊，易于實現(xiàn)。

42.例如，第二柱塞泵220的輸出端221可以指第二柱塞泵220排出高壓流體的端口。例如，第一柱塞泵100的輸出端101與第二柱塞泵220的輸出端221連通可以指第一柱塞泵100的排出高壓流體的管路與第二柱塞泵220的排出高壓流體的管路連通以實現(xiàn)兩者的管路排出的高壓流體可以匯合，從而實現(xiàn)第二柱塞泵220輸出的流體對第一柱塞泵100輸出的流體的壓力脈動進(jìn)行補償。

43.例如，如圖1所示，第二柱塞泵220的輸入端222與第一柱塞泵100的輸入端102連通。例如，第一柱塞泵100的輸入端102可以指第一柱塞泵100流入低壓流體的端口，第二柱塞泵220的輸入端222可以指第二柱塞泵220流入低壓流體的端口，第二柱塞泵220的輸入端222與第一柱塞泵100的輸入端102連通可以指第一柱塞泵100流入低壓流體的管路與第二柱塞泵220流入低壓流體的管路連通，可以方便柱塞泵系統(tǒng)的設(shè)計。本公開實施例不限于此，第二柱塞泵的輸入端與第一柱塞泵的輸入端也可以不連通，兩者彼此分隔，可以從不同的管道吸入低壓流體。

44.例如，直線電機210驅(qū)動第二柱塞泵220，具有諸多優(yōu)勢，例如，可以省去了把旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動的中間轉(zhuǎn)換機構(gòu)，整體結(jié)構(gòu)簡化，縮小了流體壓力補償結(jié)構(gòu)的重量和體積，節(jié)約了成本，方便第二柱塞泵的維護(hù)和保養(yǎng)；例如，在需要直線運動時可以實現(xiàn)直接傳動，因而可以消除中間環(huán)節(jié)所帶來的各種定位誤差，故直線電機的定位精度高；例如，直線電機的反應(yīng)速度快、靈敏度高，隨動性好；例如，直線電機的機械摩擦損耗少，所以故障少，免維修，因而工作安全可靠、壽命長。

45.例如，直線電機可以包括直流直線電機、交流直線電機、直線異步電機、直線同步電機或者直線步進(jìn)電機。例如，直線電機可以為平板式直線電機，包括動子、定子以及導(dǎo)軌，導(dǎo)軌固定，定子驅(qū)動動子在導(dǎo)軌上往復(fù)運動。

46.例如，雙作用直線電機210的動子左右兩端分別直接連接一個柱塞，每個雙作用直線電機交替驅(qū)動左右兩側(cè)的兩個柱塞，進(jìn)而驅(qū)動分別位于直線電機210兩側(cè)的第二柱塞泵2201和2202。第二柱塞泵2201和2202的輸出端均與第一柱塞泵100的輸出端連通。例如，直線電機210推動兩側(cè)的單缸柱塞泵(即兩個第二柱塞泵)進(jìn)行工作。當(dāng)直線電機210的動子向一側(cè)運動時，第二柱塞泵2202吸入低壓流體，第二柱塞泵2201的輸出端排出高壓流體，該高壓流體與第一柱塞泵100排出的高壓流體可以在高壓管路中匯合；當(dāng)直線電機210的動子向另一側(cè)運動時，第二柱塞泵2201吸入低壓流體，第二柱塞泵2202排出高壓流體，該高壓流體與第一柱塞泵100排出的高壓流體可以在高壓管路中匯合；如此反復(fù)，流體壓力補償結(jié)構(gòu)可以通過兩個第二柱塞泵交替排出高壓流體以實現(xiàn)對第一柱塞泵排出的高壓流體進(jìn)行脈動補償。

47.例如，如圖1所示，以第二柱塞泵2202為例，直線電機210的動子向靠近第二柱塞泵2202的方向運動時，第二柱塞泵2202的單向閥打開，向與第一柱塞泵100的輸出端連通的管路中打入高壓流體；直線電機210的動子向遠(yuǎn)離第二柱塞泵2202的方向運動時，第二柱塞泵2202的單向閥關(guān)閉，第二柱塞泵2202吸入低壓流體，第二柱塞泵2202的輸出端(如輸出管路)中的高壓流體被單向閥封住，以此循環(huán)工作。

48.本公開實施例提供的柱塞泵系統(tǒng)中采用直線電機驅(qū)動雙作用第二柱塞泵進(jìn)行補償，通過直線電機動子的往復(fù)運動，位于直線電機一端的第二柱塞泵在吸液的同時，位于直線電機另一端的第二柱塞泵在壓液，可以實現(xiàn)兩個第二柱塞泵交替工作，提升了直線電機

的使用效率，提高了第二柱塞泵的輸出流量。

49.例如，圖1示意性的示出流體壓力補償結(jié)構(gòu)包括一個直線電機和該直線電機驅(qū)動的兩個第二柱塞泵，但不限于此，流體壓力補償結(jié)構(gòu)可以包括兩個直線電機和四個第二柱塞泵，或者三個直線電機和六個第二柱塞泵，所有第二柱塞泵的輸出端均與第一柱塞泵的輸出端連接。本公開實施例提供的流體壓力補償結(jié)構(gòu)可以根據(jù)實際工程需求設(shè)置直線電機和第二柱塞泵的數(shù)量。

50.例如，如圖1所示，直線電機210還可以包括直線電機驅(qū)動器400，直線電機驅(qū)動器400與直線電機210的動子電連接，且被配置為控制直線電機210的動子進(jìn)行高速直線往復(fù)運動。直線電機便于調(diào)節(jié)和控制，例如可以通過調(diào)節(jié)直線電機的電壓或頻率，使得直線電機具有不同的速度和電磁推力，由此，直線電機適用于各種不同的往復(fù)運行場合。

51.例如，圖2為根據(jù)本公開實施例的另一示例提供的流體壓力補償結(jié)構(gòu)的示意圖。例如，如圖2所示，本示例提供的流體壓力補償結(jié)構(gòu)與圖1所示的流體壓力補償結(jié)構(gòu)的不同之處在于：流體壓力補償結(jié)構(gòu)200中，至少一個直線電機210包括多個直線電機210，多個直線電機210中的至少一個直線電機210驅(qū)動的第二柱塞泵220的數(shù)量為一個。

52.例如，如圖2所示，每個直線電機210為單作用直線電機，每個直線電機210的動子單獨驅(qū)動一個第二柱塞泵220。流體壓力補償結(jié)構(gòu)200包括至少兩個直線電機210以及該至少兩個直線電機210驅(qū)動的第二柱塞泵220，從而實現(xiàn)對第一柱塞泵排出的高壓流體的壓力脈動補償。例如，該至少兩個直線電機210驅(qū)動的第二柱塞泵220的輸出端均與第一柱塞泵的輸出端連通。例如，該至少兩個直線電機210驅(qū)動的第二柱塞泵220的輸入端可以均與第一柱塞泵的輸入端連通，也可以至少一個與第一柱塞泵的輸入端連通，或者均不連通。

53.例如，流體壓力補償結(jié)構(gòu)200可以包括2

?

7個直線電機210的組合，第二柱塞泵220的數(shù)量與直線電機210的數(shù)量相同。

54.當(dāng)然，本公開實施例中，多個直線電機可以均為單作用直線電機，或者均為雙作用直線電機，或者包括一部分單作用直線電機，一部分雙作用直線電機，本公開實施例對此不作限制，可以根據(jù)實際需求進(jìn)行設(shè)置。

55.例如，如圖1所示，柱塞泵系統(tǒng)還包括與直線電機210電連接的控制器500。例如，控制器500被配置為根據(jù)第一柱塞泵100的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)直線電機210的速度，以使第二柱塞泵220的輸出端221輸出的流體的壓力脈動的周期與第一柱塞泵100的輸出端101輸出的流體的壓力脈動的周期相等，且兩者的相位相反。上述第一柱塞泵100的轉(zhuǎn)速包括曲軸的轉(zhuǎn)速。

56.例如，控制器500可以根據(jù)第一柱塞泵100的轉(zhuǎn)速計算第一柱塞泵100輸出的流體的壓力脈動的第一脈動周期，控制器500根據(jù)該第一脈動周期控制直線電機驅(qū)動器400以調(diào)節(jié)直線電機210的速度，從而使得第二柱塞泵220輸出的流體可以具有與第一脈動周期相同的第二脈動周期，且兩個壓力脈動的相位相反。例如，控制器500可以通過調(diào)節(jié)直線電機210的速度以調(diào)整直線電機210的動子的運動，調(diào)節(jié)第二柱塞泵220中的柱塞的運動速度，實現(xiàn)第二柱塞泵220輸出的流體的壓力脈動的周期以及相位的調(diào)節(jié)。

57.本公開實施例通過采集第一柱塞泵(如多缸柱塞泵)的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)直線電機的速度，使直線電機驅(qū)動的第二柱塞泵(如單缸柱塞泵)輸出壓力脈動周期與第一柱塞泵(如多缸柱塞泵)輸出壓力脈動周期相匹配，進(jìn)而實現(xiàn)對第一柱塞泵輸出壓力脈動的補償。

58.例如，如圖1所示，柱塞泵系統(tǒng)還包括轉(zhuǎn)速采集部600，轉(zhuǎn)速采集部600與第一柱塞

泵100連接，且被配置為采集第一柱塞泵100的轉(zhuǎn)速。例如，轉(zhuǎn)速采集部600可以包括轉(zhuǎn)速傳感器，編碼器，光電傳感器等。

59.例如，圖3為圖1所示的控制器與轉(zhuǎn)速采集部電連接的示意圖。如圖1和圖3所示，控制器500與轉(zhuǎn)速采集部600電連接，轉(zhuǎn)速采集部600將其采集到的第一柱塞泵100的轉(zhuǎn)速的數(shù)據(jù)傳輸給控制器500。

60.例如，圖4為圖1所示的控制器根據(jù)第一柱塞泵的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)直線電機的速度的至少部分過程示意圖。如圖1和圖4所示，控制器500包括線性轉(zhuǎn)換部510和速度調(diào)節(jié)部520。例如，線性轉(zhuǎn)換部510被配置為根據(jù)第一柱塞泵100的轉(zhuǎn)速進(jìn)行線性轉(zhuǎn)換計算得到第一柱塞泵100輸出的流體的脈動周期，該脈動周期等于流體壓力補償結(jié)構(gòu)200輸出的流體的脈動周期。本公開實施例中的“等于”等表示相等的概念的含義包括大致相等和完全相等，大致相等指兩者差值與兩者中任一個的比值不大于10％。

61.由于現(xiàn)場作業(yè)中的第一柱塞泵(如多缸柱塞泵)的轉(zhuǎn)速可以是變化的，為了適應(yīng)各種實際作業(yè)情況，可以通過采集多缸柱塞泵的非穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，進(jìn)行線性轉(zhuǎn)換計算得到直線電機的變化的脈動周期。

62.例如，上述線性轉(zhuǎn)換部510可以為采用軟件實現(xiàn)的模塊，也可以是搭建的硬件電路來實現(xiàn)相應(yīng)的功能，該硬件電路包括常規(guī)的超大規(guī)模集成(vlsi)電路或者門陣列以及諸如邏輯芯片、晶體管之類的現(xiàn)有半導(dǎo)體或者是其它分立的元件。

63.例如，線性轉(zhuǎn)換計算可以包括如下公式：

64.第二柱塞泵運動周期＝(60

×

第一柱塞泵減速比)/(第一柱塞泵轉(zhuǎn)速

×

第一柱塞泵缸數(shù))。

65.例如，如圖1所示，速度調(diào)節(jié)部520被配置為根據(jù)流體的脈動周期計算直線電機210的預(yù)設(shè)速度，控制器500根據(jù)預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)直線電機210的速度。例如，控制器500被配置為控制直線電機驅(qū)動器400調(diào)節(jié)直線電機210的運動速度達(dá)到上述預(yù)設(shè)速度。

66.例如，如圖1和圖4所示，柱塞泵系統(tǒng)還包括速度反饋部01，速度反饋部01可以對直線電機的速度進(jìn)行采集，并將其采集到的直線電機的速度的數(shù)據(jù)反饋給控制器500，控制器500可以比較上述預(yù)設(shè)速度與直線電機的實際速度，如果兩者差距較大，則控制器500可以調(diào)節(jié)線性轉(zhuǎn)換部和速度調(diào)節(jié)部的至少之一以調(diào)節(jié)直線電機的實際速度與預(yù)設(shè)速度基本相等。

67.例如，如圖1所示，柱塞泵系統(tǒng)還包括壓力采集部700，壓力采集部700與第一柱塞泵100連接，且被配置為采集第一柱塞泵100輸出的流體的壓力脈動信號。例如，壓力采集部700可以包括壓力傳感器或者壓力變送器，以對流體壓力進(jìn)行測量。

68.例如，圖5為圖1所示的控制器與壓力采集部電連接的示意圖。如圖1和圖5所示，壓力采集部700與控制器500電連接，控制器500被配置為根據(jù)壓力采集部700采集的壓力脈動信號控制直線電機210的推力。例如，壓力采集部700將其采集到的第一柱塞泵100輸出的流體的壓力的數(shù)據(jù)傳輸給控制器500。

69.例如，控制器500被配置為根據(jù)第一柱塞泵100輸出的流體的壓力調(diào)節(jié)直線電機210的推力和速度，以使第二柱塞泵220的輸出端輸出的流體的壓力脈動的壓力幅值與第一柱塞泵100的輸出端輸出的流體的壓力脈動的壓力幅值相等，且兩者的相位相反。

70.本公開實施例根據(jù)采集第一柱塞泵(如多缸柱塞泵)排出壓力，反饋至控制器，控

制器控制直線電機驅(qū)動器，進(jìn)而調(diào)節(jié)直線電機的推力，使得第二柱塞泵形成與第一柱塞泵排出的流體的壓力脈動形成有效值幅值相等，相位相反的脈動。

71.上述第一柱塞泵排出流體的壓力可以由與第一柱塞泵的輸出端連接的后端的負(fù)載決定。

72.本公開實施例沒有對第一柱塞泵(如多缸柱塞泵)排出的流體的壓力進(jìn)行改變，只是通過流體壓力補償結(jié)構(gòu)對第一柱塞泵排出的流體的壓力脈動進(jìn)行補償。控制器可以根據(jù)第一柱塞泵排出的流體的壓力的變化，調(diào)整直線電機的推力，以適應(yīng)第一柱塞泵排出的流體的壓力的升高和降低，進(jìn)而對第一柱塞泵排出的流體的壓力進(jìn)行較好的補償。

73.例如，上述控制器被配置為調(diào)節(jié)直線電機的速度，和/或，調(diào)節(jié)直線電機的推力。例如，上述控制器可以既調(diào)節(jié)直線電機的速度，又調(diào)節(jié)直線電機的推力，以調(diào)節(jié)速度為主。

74.例如，本公開實施例中的控制器可以用軟件實現(xiàn)，以便由各種類型的處理器執(zhí)行，也可以是搭建的硬件電路來實現(xiàn)相應(yīng)的功能，該硬件電路包括常規(guī)的超大規(guī)模集成(vlsi)電路或者門陣列以及諸如邏輯芯片、晶體管之類的現(xiàn)有半導(dǎo)體或者是其它分立的元件。

75.圖6為根據(jù)本公開實施例提供的壓裂設(shè)備的結(jié)構(gòu)框圖。如圖6所示，壓裂設(shè)備包括上述實施例提供的柱塞泵系統(tǒng)。本公開實施例提供的壓裂設(shè)備中增加了具有直線電機和第二柱塞泵的流體壓力補償結(jié)構(gòu)，直線電機的體積小，便于與第二柱塞泵集成以實現(xiàn)緊湊設(shè)計，且直線電機便于調(diào)節(jié)和控制以實現(xiàn)對第一柱塞泵輸出的流體的壓力脈動進(jìn)行補償。

76.本公開另一實施例提供一種應(yīng)用于上述任一柱塞泵系統(tǒng)的壓力脈動補償方法，該壓力脈動補償方法包括：根據(jù)第一柱塞泵的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)直線電機的速度，以使第二柱塞泵的輸出端輸出的流體的壓力脈動的周期與第一柱塞泵的輸出端輸出的流體的壓力脈動的周期相等，且兩者的相位相反；和/或，根據(jù)第一柱塞泵輸出的流體的壓力調(diào)節(jié)直線電機的推力，以使第二柱塞泵的輸出端輸出的流體的壓力脈動的壓力幅值與第一柱塞泵的輸出端輸出的流體的壓力脈動的壓力幅值相等，且兩者的相位相反。

77.例如，根據(jù)第一柱塞泵的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)直線電機的速度包括：采集第一柱塞泵的轉(zhuǎn)速；根據(jù)第一柱塞泵的轉(zhuǎn)速進(jìn)行線性轉(zhuǎn)換計算得到流體壓力補償結(jié)構(gòu)輸出的流體的脈動周期；以及根據(jù)流體的脈動周期計算直線電機的預(yù)設(shè)速度，并根據(jù)預(yù)設(shè)速度調(diào)節(jié)直線電機的轉(zhuǎn)速。

78.例如，如圖1所示，轉(zhuǎn)速采集部600，轉(zhuǎn)速采集部600與第一柱塞泵100連接，且被配置為采集第一柱塞泵100的轉(zhuǎn)速。例如，控制器500可以根據(jù)第一柱塞泵100的轉(zhuǎn)速計算第一柱塞泵100輸出的流體的壓力脈動的第一脈動周期，控制器500根據(jù)該第一脈動周期控制直線電機驅(qū)動器400以調(diào)節(jié)直線電機210的速度，從而使得第二柱塞泵220輸出的流體可以具有與第一脈動周期相同的第二脈動周期，且兩個壓力脈動的相位相反。

79.例如，如圖1所示，線性轉(zhuǎn)換部510被配置為根據(jù)第一柱塞泵100的轉(zhuǎn)速進(jìn)行線性轉(zhuǎn)換計算得到第一柱塞泵100輸出的流體的脈動周期，該脈動周期等于流體壓力補償結(jié)構(gòu)200輸出的流體的脈動周期。例如，速度調(diào)節(jié)部520被配置為根據(jù)流體的脈動周期計算直線電機210的預(yù)設(shè)速度，控制器500根據(jù)預(yù)設(shè)速度調(diào)節(jié)直線電機210的速度。例如，控制器500被配置為控制直線電機驅(qū)動器400調(diào)節(jié)直線電機210的運動速度達(dá)到上述預(yù)設(shè)速度。

80.例如，據(jù)第一柱塞泵輸出的流體的壓力調(diào)節(jié)直線電機的推力包括：采集第一柱塞泵輸出的流體的壓力脈動信號；以及根據(jù)壓力脈動信號控制直線電機的推力。

81.例如，如圖1所示，壓力采集部700與第一柱塞泵100連接，且被配置為采集第一柱塞泵100輸出的流體的壓力脈動信號。例如，壓力采集部700與控制器500電連接，控制器500被配置為根據(jù)壓力采集部700采集的壓力脈動信號控制直線電機210的推力。例如，壓力采集部700將其采集到的第一柱塞泵100輸出的流體的壓力的數(shù)據(jù)傳輸給控制器500。

82.本公開實施例提供的應(yīng)用于上述任一柱塞泵系統(tǒng)的壓力脈動補償方法，可以根據(jù)第一柱塞泵的轉(zhuǎn)速和其輸出流體的至少之一調(diào)節(jié)流體壓力補償結(jié)構(gòu)輸出的流體的相位、周期以及壓力幅值的至少之一，進(jìn)而實現(xiàn)對第一柱塞泵的輸出的流體的壓力脈動進(jìn)行補償。

83.有以下幾點需要說明：

84.(1)本公開的實施例附圖中，只涉及到與本公開實施例涉及到的結(jié)構(gòu)，其他結(jié)構(gòu)可參考通常設(shè)計。

85.(2)在不沖突的情況下，本公開的同一實施例及不同實施例中的特征可以相互組合。

86.以上所述僅是本公開的示范性實施方式，而非用于限制本公開的保護(hù)范圍，本公開的保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求確定。技術(shù)特征：

1.一種柱塞泵系統(tǒng)，包括：第一柱塞泵；流體壓力補償結(jié)構(gòu)，被配置為對所述第一柱塞泵的輸出端輸出的流體的壓力脈動進(jìn)行補償；其中，所述流體壓力補償結(jié)構(gòu)包括至少一個直線電機和由所述至少一個直線電機驅(qū)動的第二柱塞泵，所述第二柱塞泵的輸出端與所述第一柱塞泵的所述輸出端連通。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柱塞泵系統(tǒng)，其中，每個直線電機驅(qū)動的所述第二柱塞泵的數(shù)量為兩個，所述直線電機的動子的兩端分別連接并驅(qū)動兩個第二柱塞泵，所述直線電機和所述兩個第二柱塞泵沿一直線方向排列，且所述直線電機的動子被配置為在所述兩個第二柱塞泵之間往復(fù)直線運動。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柱塞泵系統(tǒng)，其中，所述至少一個直線電機包括多個直線電機，所述多個直線電機中的至少一個直線電機驅(qū)動的所述第二柱塞泵的數(shù)量為一個。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柱塞泵系統(tǒng)，其中，所述第一柱塞泵包括多缸柱塞泵。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柱塞泵系統(tǒng)，其中，所述第二柱塞泵包括單缸柱塞泵。6.根據(jù)權(quán)利要求1

?

5任一項所述的柱塞泵系統(tǒng)，還包括：控制器，與所述直線電機電連接；其中，所述控制器被配置為根據(jù)所述第一柱塞泵的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)所述直線電機的速度，以使所述第二柱塞泵的輸出端輸出的流體的壓力脈動的周期與所述第一柱塞泵的輸出端輸出的流體的壓力脈動的周期相等，且兩者的相位相反；和/或，所述控制器被配置為根據(jù)所述第一柱塞泵輸出的流體的壓力調(diào)節(jié)所述直線電機的推力，以使所述第二柱塞泵的輸出端輸出的流體的壓力脈動與所述第一柱塞泵的輸出端輸出的流體的壓力脈動的壓力幅值相等，且兩者的相位相反。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的柱塞泵系統(tǒng)，還包括：轉(zhuǎn)速采集部，與所述第一柱塞泵連接，且被配置為采集所述第一柱塞泵的轉(zhuǎn)速；和/或，壓力采集部，與所述第一柱塞泵連接，且被配置為采集所述第一柱塞泵輸出的流體的壓力脈動信號。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的柱塞泵系統(tǒng)，其中，所述控制器與所述轉(zhuǎn)速采集部電連接，所述控制器包括線性轉(zhuǎn)換部和速度調(diào)節(jié)部，所述線性轉(zhuǎn)換部被配置為根據(jù)所述第一柱塞泵的轉(zhuǎn)速進(jìn)行線性轉(zhuǎn)換計算得到所述流體壓力補償結(jié)構(gòu)輸出的流體的脈動周期；所述速度調(diào)節(jié)部被配置為根據(jù)所述流體的脈動周期計算所述直線電機的預(yù)設(shè)速度，所述控制器根據(jù)所述預(yù)設(shè)速度調(diào)節(jié)所述直線電機的速度。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的柱塞泵系統(tǒng)，其中，所述壓力采集部與所述控制器電連接，所述控制器被配置為根據(jù)所述壓力采集部采集的所述壓力脈動信號控制所述直線電機的所述推力。10.根據(jù)權(quán)利要求1

?

5任一項所述的柱塞泵系統(tǒng)，其中，所述第二柱塞泵的輸入端與所述第一柱塞泵的輸入端連通。11.一種壓裂設(shè)備，包括權(quán)利要求1

?

10任一項所述的柱塞泵系統(tǒng)。12.一種應(yīng)用于權(quán)利要求1所述的柱塞泵系統(tǒng)的壓力脈動補償方法，包括：根據(jù)所述第一柱塞泵的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)所述直線電機的速度，以使所述第二柱塞泵的輸出端

輸出的流體的壓力脈動的周期與所述第一柱塞泵的輸出端輸出的流體的壓力脈動的周期相等，且兩者的相位相反；和/或，根據(jù)所述第一柱塞泵輸出的流體的壓力調(diào)節(jié)所述直線電機的推力，以使所述第二柱塞泵的輸出端輸出的流體的壓力脈動的壓力幅值與所述第一柱塞泵的輸出端輸出的流體的壓力脈動的壓力幅值相等，且兩者的相位相反。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的壓力脈動補償方法，其中，根據(jù)所述第一柱塞泵的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)所述直線電機的速度包括：采集所述第一柱塞泵的轉(zhuǎn)速；根據(jù)所述第一柱塞泵的轉(zhuǎn)速進(jìn)行線性轉(zhuǎn)換計算得到所述流體壓力補償結(jié)構(gòu)輸出的流體的脈動周期；以及根據(jù)所述流體的脈動周期計算所述直線電機的預(yù)設(shè)速度，并根據(jù)所述預(yù)設(shè)速度調(diào)節(jié)所述直線電機的速度。14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的壓力脈動補償方法，其中，根據(jù)所述第一柱塞泵輸出的流體的壓力調(diào)節(jié)所述直線電機的推力包括：采集所述第一柱塞泵輸出的流體的壓力脈動信號；以及根據(jù)所述壓力脈動信號控制所述直線電機的所述推力。

技術(shù)總結(jié)

一種柱塞泵系統(tǒng)及其壓力脈動補償方法、壓裂設(shè)備。柱塞泵系統(tǒng)包括第一柱塞泵和流體壓力補償結(jié)構(gòu)。流體壓力補償結(jié)構(gòu)被配置為對第一柱塞泵的輸出端輸出的流體的壓力脈動進(jìn)行補償。流體壓力補償結(jié)構(gòu)包括至少一個直線電機和由至少一個直線電機驅(qū)動的第二柱塞泵，第二柱塞泵的輸出端與第一柱塞泵的輸出端連通。本公開實施例提供的柱塞泵系統(tǒng)中增加了具有直線電機和第二柱塞泵的流體壓力補償結(jié)構(gòu)，直線電機的體積小，便于與第二柱塞泵集成以實現(xiàn)緊湊設(shè)計，且直線電機便于調(diào)節(jié)和控制以實現(xiàn)對第一柱塞泵輸出的流體的壓力脈動進(jìn)行補償。塞泵輸出的流體的壓力脈動進(jìn)行補償。塞泵輸出的流體的壓力脈動進(jìn)行補償。

技術(shù)研發(fā)人員：王洪力 張海波 于曉晨 張磊

受保護(hù)的技術(shù)使用者：煙臺杰瑞石油裝備技術(shù)有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2021.10.27

技術(shù)公布日：2021/12/14