压裂设备

技术领域

本申请涉及压裂装备技术领域，尤其涉及一种压裂设备。

背景技术

涡轮发动机相比较传统的柴油发动机，具有很多优势。比如单机功率密度大、消耗燃料少，且可以100％以天然气为燃料，不仅可以降低燃料成本，还可以减少对环境的污染；涡轮发动机更加轻便、可靠性高、匹配特性好、瞬态响应特性高等。因此，部分压裂设备中采用涡轮发动机为动力源，以实现压裂设备的驱动。

但是，直接将涡轮发动机应用至压裂装置中，易对压裂装置造成荷载冲击，影响压裂设备的使用寿命。

发明内容

本申请的目的在于提供一种压裂设备，该压裂设备可以避免对压裂装置造成冲击，提升压裂设备的使用寿命。

为此，第一方面，本申请实施例提供了一种压裂设备，所述压裂设备包括驱动机构、离合制动总成以及压裂装置；

所述离合制动总成包括壳体、输入轴、输出轴、离合机构以及制动机构，所述输出轴可转动地安装于所述壳体内，所述离合机构和所述制动机构沿所述离合制动总成的轴向方向分设两侧，并套装于所述输出轴上；

其中，所述输入轴的一端与所述驱动机构连接，所述输入轴的另一端穿入所述壳体内，分别与所述离合机构和所述输出轴的一端连接，所述输出轴的另一端穿出所述壳体与所述压裂装置连接。

在一种可能的实现方式中，所述离合机构包括沿所述离合制动总成的径向方向依次设置离合外齿套、离合摩擦片组、离合内齿套；其中，所述离合内齿套与所述输入轴连接，所述离合外齿套套装在所述输出轴上，所述离合摩擦片组分别与所述离合内齿套和所述离合外齿套连接；

所述离合机构还包括离合执行器以及第一弹性复位件，所述离合执行器和所述第一弹性复位件位于所述离合外齿套和离合内齿套之间；其中，所述离合执行器与所述离合摩擦片组连接，所述第一弹性复位件与所述离合执行器连接；

所述离合执行器能够驱动所述离合摩擦片组沿所述离合制动总成的轴向方向滑动，以使所述离合机构处于常离或者常闭。

在一种可能的实现方式中，所述离合摩擦片组包括多个第一离合摩擦片以及多个第二离合摩擦片；

所述第一离合摩擦片和所述第二离合摩擦片沿所述离合制动总成的轴向方向依次交叉设置；其中，所述第一离合摩擦片与所述离合内齿套连接，第二离合摩擦片与所述离合外齿套连接；

所述离合执行器能够驱动所述第一离合摩擦片和所述第二离合摩擦片沿所述离合制动总成的轴向方向滑动。

在一种可能的实现方式中，所述制动机构包括制动内齿套、制动外齿套、制动摩擦片组；其中，所述制动内齿套与所述壳体固定连接，所述制动外齿套套装在所述输出轴上，所述制动摩擦片组分别与所述制动内齿套和所述制动外齿套连接；

所述制动机构还包括制动执行器以及第二弹性复位件，所述制动执行器和所述第二弹性复位件位于所述制动内齿套和所述制动外齿套之间；其中，所述制动执行器与所述制动摩擦片组连接，所述第二弹性复位件与所述制动执行器连接；

所述制动执行器能够驱动所述制动摩擦片组沿所述离合制动总成的轴向方向滑动，以使所述制动机构处于常离或者常闭。

在一种可能的实现方式中，所述制动摩擦片组包括多个第一制动摩擦片以及多个第二制动摩擦片；

所述第一制动摩擦片和所述第二制动摩擦片沿所述离合制动总成的轴向方向依次交叉设置；其中，所述第一制动摩擦片与所述制动内齿套连接，第二制动摩擦片与所述制动外齿套连接；

所述制动执行器能够驱动所述第一制动摩擦片和所述第二制动摩擦片沿所述离合制动总成的轴向方向滑动。

在一种可能的实现方式中，所述离合制动总成还包括油通道；

所述油通道贯穿所述壳体，并连通至所述制动机构和/或所述离合机构。

在一种可能的实现方式中，所述驱动机构包括燃气涡轮发动机以及第一减速箱；

所述燃气涡轮发动机与所述第一减速箱连接，所述第一减速箱通过所述输入轴与所述离合机构连接；

其中，所述燃气涡轮发动机为燃气涡轮单轴发动机或者燃气涡轮双轴发动机。

在一种可能的实现方式中，所述燃气涡轮发动机被设置为燃气涡轮单轴发动机时，所述压裂设备还包括辅助驱动机构；

所述辅助驱动机构的一侧通过所述输出轴与所述制动机构连接，所述辅助驱动机构的另一侧与所述压裂装置连接。

在一种可能的实现方式中，所述辅助驱动机构包括第二减速箱、调速驱动电机以及另一个所述离合制动总成；

其中，所述调速驱动电机通过另一个所述离合制动总成连接至所述第二减速箱，所述第二减速箱分别与所述输出轴和所述压裂装置连接。

在一种可能的实现方式中，所述燃气涡轮发动机被设置为燃气涡轮单轴发动机时，所述压裂设备还包括变速箱，所述变速箱与所述离合制动总成并行设置；

其中，所述变速箱的一侧与所述第一减速箱连接，所述变速箱的另一侧与所述压裂装置连接。

在一种可能的实现方式中，所述压裂装置包括依次连接的第二减速箱、第三减速箱以及压裂泵；

其中，所述第二减速箱位于靠近所述离合制动总成一侧，所述压裂泵位于远离所述制动离合总成一侧。

根据本申请实施例提供的压裂设备，设置离合制动总成于驱动机构和压裂装置之间，实现了具有制动功能和离合功能为一体的压裂设备，当压裂装置停止工作时，驱动机构也可以继续运行，避免出现极速刹车的情况，有效延长了压裂设备的使用寿命。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1示出本申请实施例提供的一种压裂设备的结构框图；

图2示出本申请实施例提供的一种压裂设备的结构框图；

图3示出本申请实施例提供的一种压裂设备的结构框图；

图4示出本申请实施例提供的一种离合制动总成的结构示意图；

图5示出本申请实施例提供的一种控制压力与传递扭矩能力关系曲线示意图；

图6示出本申请实施例提供的一种各参数随时间变化曲线示意图。

附图标记说明：

1、驱动机构；11、燃气涡轮发动机；111、燃气涡轮单轴发动机；1111、第二压气机；1112、第二压气机涡轮；1113、第二动力涡轮；1114、第二燃烧室；112、燃气涡轮双轴发动机；1121、第一压气机；1122、第一压气机涡轮；1123、第一动力涡轮；1124、第一燃烧室；12、第一减速箱；121、涡轮发动机启动电机；122、发电机或启动发电一体机；13、传动轴；

2、离合制动总成；21、壳体；22、输入轴；23、输出轴；24、离合机构；241、离合外齿套；242、离合摩擦片组；2421、第一离合摩擦片；2422、第二离合摩擦片；243、离合内齿套；244、离合执行器；2441、支架；245、第一弹性复位件；25、制动机构；251、制动内齿套；252、制动外齿套；253、制动摩擦片组；2531、第一制动摩擦片；2532、第二制动摩擦片；254、制动执行器；255、第二弹性复位件；26、油通道；261、第一油通道；262、第二油通道；263、第三油通道；

3、压裂装置；31、第三减速箱；32、第四减速箱；33、压裂泵；

4、辅助驱动机构；41、第二减速箱；42、调速驱动电机；

5、变速箱。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。

为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的相对位置关系或运动情况，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”、“前”、“后”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置发生了位置翻转或者姿态变化或者运动状态变化，那么这些方向性的指示也相应的随着变化，例如：描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。

为了解决现有技术中易对压裂装置造成荷载冲击，影响压裂设备的使用寿命的技术问题，本申请提供了一种压裂设备，能实现具有制动功能和离合功能为一体的压裂设备，当压裂装置停止工作时，驱动机构也可以继续运行，避免出现极速刹车的情况，有效延长了压裂设备的使用寿命。

图1为本申请实施例提供的一种图1示出本申请实施例提供的一种压裂设备的结构框图；图2示出本申请实施例提供的一种压裂设备的结构框图；图3示出本申请实施例提供的一种压裂设备的结构框图；图4示出本申请实施例提供的一种离合制动总成的结构示意图。

在一些示例性实施例中，如图1-图4所示，本申请实施例提供一种压裂设备，包括驱动机构1、离合制动总成2以及压裂装置3。驱动机构1通过离合制动总成2与压裂装置3连接，以实现具有制动功能和离合功能的压裂设备。

如图4所示，离合制动总成2包括壳体21、输入轴22、输出轴23、离合机构24以及制动机构25，输出轴23可转动地安装于壳体21内，离合机构24和制动机构25沿离合制动总成的轴向方向(参照图4所示的X轴)分设两侧，并套装于输出轴23上。

输入轴22的一端与驱动机构1连接，以便于驱动机构1能够带动输入轴22转动。输入轴22的另一端穿入壳体21内，分别与离合机构24和输出轴23的一端连接，输出轴23的另一端穿出壳体21与压裂装置3连接，以便于带动压裂装置3运转。

离合机构24和制动机构25可以相互独立工作，以实现驱动机构1继续运转以及压裂装置3停止运转的目的。离合机构24和制动机构25均具有常离状态或者常闭状态。例如，当离合机构24处于不使能状态时，离合机构24为常离状态，当制动机构25处于不使能状态时，制动机构25为常闭状态。

当驱动机构1由怠速模式转为工作模式时，可以控制离合机构24为常闭以及制动机构25为常离，使得离合机构24处于使能状态，制动机构25处于不使能状态。驱动机构1通过离合制动总成2带动压裂装置3工作，控制驱动机构1的动力传递扭矩缓慢增加，使得离合机构24输出扭矩也缓慢增加，实现了离合机构24以及制动机构25缓慢控制的过程，达到更好的软启动效果，减少了载荷冲击对动力传动系统的影响。

在一些示例性实施例中，如图4所示，离合机构24包括沿离合制动总成的径向方向依次设置离合外齿套241、离合摩擦片组242、离合内齿套243。

其中，离合内齿套243的轴向端面与输入轴22的另一端连接，输入轴22能够带动离合内齿套243转动。离合外齿套241套装在输出轴23上，输出轴23能够带动离合外齿套241转动。离合摩擦片组242套装于离合外齿套241的径向外侧，分别与离合内齿套243和离合外齿套241连接。

离合机构24还包括离合执行器244以及第一弹性复位件245，离合执行器244和第一弹性复位件245位于离合外齿套241和离合内齿套243之间。其中，离合执行器244的一端与离合摩擦片组242连接，第一弹性复位件245与离合执行器244的另一端连接。

离合执行器244可以利用支架2441安装于输出轴23上，使得离合执行器244的安装更加可靠。支架2441比如套装在输出轴23上，离合执行器244通过轴承组件(图中未示出)与支架2441连接。第一弹性复位件245比如是压缩弹簧，其设置于离合外齿套241的径向外侧，离合执行器244与第一弹性复位件245固定连接。离合执行器244能够驱动离合摩擦片组242沿离合制动总成2的轴向方向滑动，以使离合机构24处于常离或者常闭。

当离合执行器244处于使能状态时，离合执行器244会挤压离合摩擦片组242，实现离合摩擦片组242的常闭。其中，第一弹性复位件245也被同步挤压，实现收缩变形，进而储存形变能。当离合执行器244处于不使能状态时，去掉施加的挤压力，第一弹性复位件245对其提供反抗力量，以回推离合执行器244，实现复位，离合摩擦片组242常离。

在一些示例中，离合摩擦片组242包括多个第一离合摩擦片2421以及多个第二离合摩擦片2422，第一离合摩擦片2421和第二离合摩擦片2422均为环状，套设于离合外齿套241的径向外侧。其中，第一离合摩擦片2421和第二离合摩擦片2422沿离合制动总成的轴向方向依次交叉设置，第一离合摩擦片2421与离合内齿套243连接，第二离合摩擦片2422与离合外齿套241连接。

离合执行器244能够驱动第一离合摩擦片2421和第二离合摩擦片2422沿离合制动总成的轴向方向滑动，使得第一离合摩擦片2421和第二离合摩擦片2422之间压紧或者分离，实现了离合机构24的常闭或者常离。当第一离合摩擦片2421和第二离合摩擦片2422压紧时，则离合机构24处于常闭，当第一离合摩擦片2421和第二离合摩擦片2422分离时，则离合机构24处于常离。

在一些示例性实施例中，如图4所示，制动机构25包括制动内齿套251、制动外齿套252、制动摩擦片组253。

其中，制动内齿套251的径向外侧壁与壳体21固定连接，制动外齿套252套装在输出轴23上，输出轴23能够带动制动外齿套252转动。制动摩擦片组253套装于制动外齿套252的径向外侧，制动摩擦片组253分别与制动内齿套251和制动外齿套252连接。

制动机构25还包括制动执行器254以及第二弹性复位件255，制动执行器254和第二弹性复位件255位于制动内齿套251和制动外齿套252之间。其中，制动执行器254与制动摩擦片组253连接，第二弹性复位件255与制动执行器254连接。第二弹性复位件255比如可以是压缩弹簧，其一端与壳体21连接，另一端与制动执行器254的一端连接，制动执行器254的另一端与制动摩擦片组253连接。

制动执行器254能够驱动制动摩擦片组253沿离合制动总成的轴向方向滑动，以使制动机构25处于常离或者常闭。

当制动执行器254处于使能状态时，制动执行器254会挤压制动摩擦片组253，实现制动摩擦片组253的常离。其中，第二弹性复位件255也被同步挤压，实现收缩变形，进而储存形变能。当制动执行器254处于不使能状态时，去掉施加的挤压力，第二弹性复位件255对其提供反抗力量，以回推制动执行器254，实现复位，制动摩擦片组253常闭。

在一些示例中，制动摩擦片组253包括多个第一制动摩擦片2531以及多个第二制动摩擦片2532，第一制动摩擦片2531和第二制动摩擦片2532均为环状，套设于制动外齿套252的外侧。其中，第一制动摩擦片2531和第二制动摩擦片2532沿离合制动总成的轴向方向依次交叉设置，第一制动摩擦片2531与制动内齿套251连接，第二制动摩擦片2532与制动外齿套252连接。

制动执行器254能够驱动第一制动摩擦片2531和第二制动摩擦片2532沿离合制动总成的轴向方向滑动，使得第一制动摩擦片2531和第二制动摩擦片2532之间压紧或者分离，实现了制动机构25的常闭或者常离。当第一制动摩擦片2531和第二制动摩擦片2532压紧时，则制动机构25处于常闭，当第一制动摩擦片2531和第二制动摩擦片2532分离时，则制动机构25处于常离。

在此，需要说明的是，制动内齿套251和离合内齿套243可以是相互独立，以互不干扰。或者，也可以是为一体结构，便于成型，提升生产效率，节省成本。具体以实际情况为准。

还需说明的是，离合执行器244与制动执行器254可以是气动、液压、电磁等任一种形式，具体以实际情况为准。在本申请中，仅以液压驱动型式进行示例性说明，液压驱动型式是利用压缩液体的压力产生机械运动的装置，其中，液体比如是压力油，液压驱动型式的结构中设置有控制油路。

在一些示例性实施例中，如图4所示，离合制动总成2还包括油通道26。油通道26贯穿壳体21，并连通至制动机构25和/或离合机构24，以便于对其进行润滑。

一些示例中，油通道26包括第一油通道261，第一油通道261沿离合制动总成2的径向方向，贯穿壳体21，连通至制动机构25的制动内齿套251。其中，制动内齿套251沿其径向方向设置有多个第一贯穿通孔(图中未示出)，以保证润滑油可以由第一油通道261进入，经过多个第一贯穿通孔，以润滑制动机构25。

可以理解的是，贯穿通孔的位置可以分布于制动摩擦片组253处、制动执行器254等，以保证制动机构25的各个部分均可以被润滑油浸润，有效减少摩擦阻力。

另一些示例中，油通道26包括第二油通道262，第二油通道262沿离合制动总成2的径向方向，贯穿壳体21，连通至离合机构24。其中，其第二油通道262可以直接设置于离合机构24一侧，其设置方式与上述设置于制动机构25的设置方式相同，在此，不再对其进行重复赘述。或者，当离合机构24和制动机构25均设置油通道26时，为了方便设计以及加润滑油等，第一油通道261和第二油通道262设置于一侧，第二油通道262贯穿壳体21至输出轴23，输出轴23沿其径向以及轴向方向设置一条贯穿其输出轴23的流动通道(图中未示出)，该流动通道与第二油通道262连通，且沿输出轴23的径向方向设置多条与该流动通道的第二贯穿通孔(图中未示出)，以连通至离合外齿套241，离合外齿套241设置有与贯穿孔相配合的第三贯穿通孔(图中未示出)，以保证润滑油可以由第二油通道262流入，依次经过流动通道、第二贯穿通孔以及第三贯穿通孔，实现对离合机构24的浸润。

当然，可以理解的是，离合制动总成2内的贯穿通孔以及流动通道不限于上述设置方式以及数量，为了合理化布局，也可能会设置其他贯穿通孔，以辅助润滑油的流通，只要保证润滑油可以对制动机构25以及离合机构24浸润润滑即可，具体以实际情况为准。

另外，除了油通道26除了上述设置方式以外，还可以包括贯穿壳体21的第三油通道263，第三油通道263用于润滑输出轴23以及输入轴22。例如，输出轴23设置有一条贯穿径向以及轴向方向的润滑通道(图中未示出)，其轴向方向的通道与输出轴23同轴设置且延伸至输入轴22，以便于润滑油可以流动至输入轴22处。沿径向方向设置多个第四贯穿通孔(图中未示出)，以便于实现输出轴23的润滑。其中，第四贯穿通孔与上述第二贯穿通孔可以为同一孔，以简化结构布局，方便成型。

在此，需要说明的是，上述油通道26可以带走制动以及离合过程中的热量，并保证摩擦片之间可以按照预先设定的要求传递功率以及转速，以达到离合、制动的常离或者常开所设定的时间。

离合机构24和制动机构25可以共用一个油通道26及入口，也可以是如上述实施例所示的各自独立，具体以实际情况为准。

在一些示例性实施例中，如图1-4所示，驱动机构1包括燃气涡轮发动机11以及第一减速箱12。燃气涡轮发动机11与第一减速箱12连接，第一减速箱12通过输入轴22与离合机构24连接，以便于实现对离合制动总成2的驱动，由离合制动总成2带动压裂装置3运转。

其中，燃气涡轮发动机11的形式不固定，可以为燃气涡轮单轴发动机111，效率更加高效；或者，也可以是燃气涡轮双轴发动机112，排放更加环保，具体以实际情况为准，燃气涡轮发动机11不同的形式，配置不同的配件。

下面对燃气涡轮单轴发动机111以及燃气涡轮双轴发动机112分别进行示例性说明。

如图1、图4所示，燃气涡轮发动机11为燃气涡轮双轴发动机112时，第一减速箱12为行星减速箱，行星减速箱传动过程中摩擦力非常小，摩擦系数低，因此带来的失速几率也非常低。且由于行星减速箱运动过程中摩擦系数小、摩擦力小，所以能够保证减速器运转时稳定性强，能够避免传动过程中出现的异响和震动，使得机器的运行更加稳定、可靠。

燃气涡轮双轴发动机112包括第一压气机1121、第一压气机涡轮1122以及第一动力涡轮1123。第一压气机1121与第一压气机涡轮1122同轴连接，以相同的速度旋转，且二者之间设置第一燃烧室1124。第一动力涡轮1123位于第一压气机涡轮1122的远离第一压气机1121的一侧，并设置于另外一个轴上，实现了自由的第一动力涡轮1123，其可以在较宽的转速范围内调整。

该另外一个轴作为动力输出端与传动轴13的输入端连接，传动轴13的输出端与第一减速箱12的输入端连接，第一减速箱12的输出端与离合制动总成2的离合制动机构24连接。

如图2-图4所示，燃气涡轮发动机11为涡轮单轴发动机111时，涡轮单轴发动机111与第一减速箱12连接。其中，第一减速箱12比如是高速减速箱，可以在较小的空间内实现更大的转矩和更低的转速，具有更低的机械损耗和更高的效率，有效降低了能源消耗。

涡轮单轴发动机111包括同轴连接的第二压气机1111、第二压气机涡轮1112以及第二动力涡轮1113，以相同的速度旋转，涡轮单轴发动机111的输出转速不可调。其中，第二压气机1111、第二压气机涡轮1112之间设置第二燃烧室1114。第二动力涡轮1113的输出端与第一减速箱12的第一输入端连接，第一减速箱12的输出端与离合制动总成2的离合制动机构24连接。

第一减速箱12中可以设置电机，以对其进行单独驱动。其中，电机比如是涡轮发动机启动电机121，第一减速箱12比如设置有第二输入端，涡轮发动机启动电机121设置于第二输入端。或者，电机比如是发电机或启动发电一体机122，第一减速箱12比如设置有第三输入端，发电机或启动发电一体机122与第三输入端连接。当然，可以理解的是，第一减速箱12中与可以不设置单独的电机，对其进行驱动，具体以实际情况为准。

在一些示例性实施例中，如图2、图4所示，燃气涡轮发动机11被设置为燃气涡轮单轴发动机111时，压裂设备还包括辅助驱动机构4。

辅助驱动机构4的一侧通过输出轴23与制动机构25连接，辅助驱动机构4的另一侧与压裂装置3连接。

在一些示例中，辅助驱动机构4比如包括第二减速箱41、调速驱动电机42以及另一个离合制动总成2。

调速驱动电机42通过另一个离合制动总成2连接至第二减速箱41，第二减速箱41分别与输出轴23和压裂装置3连接。其中，第二减速箱41比如是调速行星减速减速箱。

在一些示例性实施例中，如图3、图4所示，燃气涡轮发动机11被设置为燃气涡轮单轴发动机111时，压裂设备还包括变速箱5，变速箱5与离合制动总成2并行设置。变速箱5具有多个档位，以满足不同的转速需求。

其中，变速箱5的一侧与第一减速箱12连接，变速箱5的另一侧与压裂装置3连接。

在一些示例性实施例中，如图1-图3所示，压裂装置3包括依次连接的第三减速箱31、第四减速箱32以及压裂泵33。

其中，第三减速箱31位于靠近离合制动总成2一侧，压裂泵33位于远离制动离合总成2一侧。

第三减速箱31和第四减速箱32比如可以一体设置，也可以分体设置。当一体设置时，第三减速箱31比如为平行减速箱，第四减速箱32比如是行星减速箱。当为分体设置时，第三减速箱31比如是调速行星减速箱，第四减速箱32比如是行星减速箱。第三减速箱31和第四减速箱32的具体以实际设计为准。

其中，离合制动总成2、驱动机构1、压裂装置3、辅助驱动机构4以及变速箱5，具有不同的使用方法以及组合方式，下面对其进行进一步示例性说明，以便于理解本申请。

第一实施例

如图1、图4所示，压裂设备包括驱动机构1、离合制动总成2以及压裂装置3。其中，驱动机构1、离合制动总成2以及压裂装置3在前述实施例中已做详细说明，在此，不再重复赘述。在此，仅对其组合方式进行进一步说明。

驱动机构1包括燃气涡轮发动机11以及第一减速箱12，燃气涡轮发动机11为燃气涡轮双轴发动机112，第一减速箱12为行星减速箱。

压裂装置3包括依次连接的第三减速箱31、第四减速箱32以及压裂泵33。第三减速箱31、第四减速箱32为一体设置。

燃气涡轮双轴发动机112作为动力源(Prime Mover)，通过传动轴13连接至第一减速箱12，燃气涡轮双轴发动机112的动力经过第一减速箱12降速增扭后，由第一减速箱12的输出端输出，经过另一个传动轴连接至压裂装置3上，进而驱动压裂泵33运行。

由于压裂施工对压裂泵33的输出流量有调节的需求，所以需要对动力传动系统的转速进行调节。本申请中的压裂设备，燃气涡轮双轴发动机112能够实现对转速的调节。

本申请中的压裂设备在实际使用过程中，燃气涡轮双轴发动机112具有怠速模式(Idle)，第一压气机涡轮1122转动，第一动力涡轮1123无动力输出的模式。

相关技术中，为了防止压裂泵33在无负载或者负载很小的情况下被第一动力涡轮1123驱动转动，其在第一减速箱12上安装一个制动器(Brake)，以便于强制第一动力涡轮1123停止运动，转速为零。

相关技术中的处理方式，第一压气机1121、第一压气机涡轮1122以及第一燃烧室1124均是保持运行的，仍然会有大量的热气从第一压气机涡轮1122的排气端排出，其热气从第一燃烧室1124出来，经过第一压气机1121，以驱动其旋转，进而驱动第一压气机1121运行。之后，热气会再经过第一动力涡轮1123向排气端排出。但是，上述过程中，第一动力涡轮1123已经被制动器强制制动，当热气在向外排出经过第一动力涡轮1123的时候，第一动力涡轮1123需要承受燃气的高温和压力，影响第一动力涡轮1123的使用寿命。

因此，本申请中由于离合制动总成2的设置，第一动力涡轮1123可以自动转动，不需要刹车制动，进而延长了第一动力涡轮1123的使用寿命。

当第一动力涡轮1123处于怠速模式时，通过离合机构24的离合执行器244控制离合摩擦片组242为分离，通过制动机构25的制动执行器254控制制动摩擦片组253贴合，以切断第一动力涡轮1123的动力输出传递至压裂泵33，压裂泵33被制动机构25制动，压裂泵33的转速为零，第一动力涡轮1123自由转动。其中，若第一动力涡轮1123的的转速持续升高，并至有超速的趋势，则缓慢增加离合机构24的闭合程度。由于离合机构23部分闭合，离合摩擦片组242之间通入润滑油，形油膜，第一离合摩擦片2421通过离合内齿套243连接至输入轴22，第一离合摩擦片2421被输入轴22驱动旋转，第二离合摩擦片2422通过离合外齿套241连接至输出轴23，第二离合摩擦片2422被输出轴23制动。第一离合摩擦片2421和第二离合摩擦片2422之间存在相对滑动，即存在液黏力和/或滑动摩擦力，形成与第一动力涡轮1123旋向相反的力矩，使得第一动力涡轮1123的转速稳定在某一转速，延长了第一动力涡轮1123的使用寿命。

当第一动力涡轮1123由怠速模式转为工作模式时，控制离合机构24处于常闭，制动机构25处于常离，通过缓慢控制离合机构24和制动机构25的过程，实现动力传递扭矩的缓慢增加，进而缓慢增加离合制动总成2的输出扭矩，达到更好的软启动效果，减少了载荷冲击对动力传动系统的影响。

当执行器为液压驱动型式时，离合执行器244与制动执行器254可以共用一个控制油路以及控制逻辑，控制逻辑比如是压力。第一动力涡轮1123为怠速模式时，可以通过较小的控制油路的压力，使得离合机构24处于常闭，并给第一动力涡轮1123提供一定负载。

其中，该控制油路的压力，会先克服第二弹性复位件255的弹簧力，导致制动机构25中的制动摩擦片组253摩擦力减小，进而所能提供的制动力也会减小，但仍会大于制动摩擦片组253产生的力矩，从而持续对输出轴23制动。当第一动力涡轮1123由怠速模式转为工作模式时，控制离合执行器244的压力缓慢增加，离合摩擦片组242产生的扭矩增大，制动机构25的制动能力逐渐降低，直到离合机构24总输出扭矩大于负载，输出轴23开始加速旋转，此时离合执行器244维持在合适控制压力上，使得离合机构23的输出端缓慢加速至与输入端同速或接近同速。若过程中输出端未到达与输入端同速或接近同速前不再加速，则继续缓慢增加离合执行器244的控制压力。当输出端与输入端同速或接近同速时，将离合执行器244的控制压力直接提升至最大控制压力。

离合执行器244的最大控制油路的压力设定可以根据传递扭矩限制值确定，当传递扭矩超过限制扭矩时，离合摩擦片组242中相对打滑，进而可以保护第一动力涡轮1123。其中，扭矩限制值比如可以是但不限于19KN/m。同时，还可以监控离合制动总成2的输入和输出的转速差，进而判断离合执行器244的持续打滑时间。若打滑时间超过设定值时，控制离合机构24常离、制动机构25常闭，以避免离合摩擦片组242长时间滑摩，有效提升离合机构24的使用寿命。

当执行器为液压驱动型式时，离合执行器244与制动执行器254也可以是各自独立的控制油路及控制逻辑。第一动力涡轮1123处于怠速模式时，保持制动执行器254的控制油路的压力为零，此时，制动执行器254完全在第二弹性复位件255弹簧力的作用下处于制动状态。而离合执行器244的控制油路仅需要提供较小的压力，进而产生一个合适的扭矩，以平衡第一动力涡轮1123的扭矩，使第一动力涡轮1123维持在某个转速下。

在第一动力涡轮1123由怠速模式转为工作模式时，先控制制动机构中的制动摩擦片组253完全分离，再缓慢增加离合执行器244的控制油路的压力，实现了缓慢加载，进而完成压裂泵33的软启动，有效降低对第一动力涡轮1123及传动部件的载荷冲击，提升了使用寿命。

参照图5所示，当离合执行器为液压驱动型式时，图5示出了离合执行器的控制压力与传递扭矩能力关系曲线图。

第二实施例

如图2、图4所示，压裂设备包括驱动机构1、离合制动总成2、压裂装置3、辅助驱动机构4。其中，驱动机构1、离合制动总成2、压裂装置3以及辅助驱动机构4在前述实施例中已做详细说明，在此，不再重复赘述。在此，仅对其组合方式进行进一步说明。

驱动机构1包括燃气涡轮发动机11以及第一减速箱12，燃气涡轮发动机11为燃气涡轮单轴发动机111，第一减速箱12为高速减速箱，第一减速箱12中设置电机，以对其进行驱动。

压裂装置3包括依次连接的第三减速箱31、第四减速箱32以及压裂泵33。其中，第三减速箱31和第四减速箱32为一体设置。

当燃气涡轮单轴发动机111中的第二动力涡轮1113启动，且不需要压裂泵33的柱塞泵输出时，或仅需要辅助驱动机构4驱动压裂泵33的柱塞泵时，控制离合机构24常离，制动机构25常闭，以切断第二动力涡轮1113向压裂泵33的柱塞泵传递的动力，压裂泵33的柱塞泵被制动，其转速为零。而第二动力涡轮1113持续转动，并制动第一减速箱12内的太阳轮，以保证在辅助驱动机构4驱动第二减速箱41的齿圈时，第二减速箱41的行星架能够驱动压裂泵33的柱塞泵转动。

在第二动力涡轮1113启动时，不需要压裂泵33的柱塞泵输出，切换到仅由第二动力涡轮1113驱动压裂泵33的柱塞泵，控制离合机构24常闭，制动机构25常离。通过缓慢控制离合和制动的过程，实现传递扭矩的缓慢增加，减小离合机构24输出端的启动扭矩，达到更好的软启动效果。

当执行器为液压型式时，离合执行器244与制动执行器254共用一个控制油路及控制逻辑，离合执行器244的控制压力缓慢增加，离合摩擦片组242产生的扭矩增大，制动机构25的制动能力逐渐降低，直到离合机构24的总输出扭矩大于负载，离合机构24的输出端开始加速旋转，此时维持在合适控制压力，使得离合机构24的输出端缓慢加速至与输入端同速或接近同速。若该过程中未到达与输出端同速或接近同速前，便不再加速，则继续缓慢增加控制压力。当输出端与输入端同速或接近同速时，将控制压力直接提升至最大控制压力。最大控制压力设定可以根据传递扭矩限制值，在传递扭矩超过限制扭以后，离合摩擦片组242之间相对打滑，可以保护第二动力涡轮1113。同时，可以通过输入端和输出端的转速差的监控，判断离合摩擦片组242持续打滑时间，超过设定值时，控制离合机构24常离、制动机构25常闭，以避免离合摩擦片组242长时间滑摩，有效提升离合机构24的使用寿命。

在仅辅助驱动机构4驱动压裂泵33的柱塞泵，切换到仅第二动力涡轮1113驱动压裂泵33的柱塞泵过程时，控制过程与上述第一实施例中的过程相似，即不需要压裂泵33的柱塞泵输出，切换到仅由第二动力涡轮1113驱动压裂泵33的柱塞泵的切换。区别仅在于，切换初期，上述换过程中，制动机构25扭矩与离合机构24输出扭矩方向相反，随着控制压力升高，离合机构24输出扭矩克服制动机构25扭矩及负载，对外作功。而本实施例中的切换过程，因辅助驱动机构4驱动压裂泵33的柱塞泵时，第二减速箱41中的太阳轮有相对离合机构24输出有反向旋转的趋势，在切换初期，制动机构25扭矩为第二减速箱41太阳轮制动，方向与离合机构24输出扭矩方向相同，随着控制压力的升高，离合机构24输出扭矩逐渐替代制动机构25扭矩，来对第二减速箱41的太阳轮制动。当完全被替代后，可能会有制动机构25扭矩与离合机构24输出扭矩方向相反的过程，再随着控制压力升高，离合机构24输出扭矩克服制动机构25扭矩及负载，对外作功。同时，为实现仅辅助驱动机构4驱动压裂泵33的柱塞泵，向仅第二动力涡轮1113驱动压裂泵33的柱塞泵的切换，辅助驱动机构4输出转速需在离合机构24结合过程中逐渐降低，可以是以离合机构24输出端转速作为调速电机转速调节的依据，可以是调速电机转速跟随离合机构24输出端转速升高等比例降低。例如，在某一时刻，离合机构24输出端转速为常闭后转速的10％，此时，应控制调速电机的转速，调整为离合机构24常闭前调速电机转速的90％(1-10％)。或者，也可以是其他跟随控制关系，比如离合机构24转速提升了X rpm，相应控制调速电机转速降低nX rpm(n为常量系数)，具体以实际情况为准。

当执行器为液压驱动型式时，离合执行器244与制动执行器254也可以是各自独立的控制油路及控制逻辑。在该切换过程中，先将离合机构24的控制压力提升至某一设定值，设定值大小可以根据负载大小决定，再控制制动机构25完全分离，再缓慢增加离合机构24的控制压力，后续控制逻辑与上述方式相同，在此，不再重复赘述。

本实施例中，对于燃气涡轮单轴发动机111为动力源的传动系统中，实现了第二动力涡轮1113零负载启动以及压裂泵33的软起动。同时，还可以实现混动动力传动系统时，涡轮直驱和电机直驱这两种动力驱动模式的切换，并可以平稳交接。

如图6所示，图6示出了该离合执行器为液压控制时，上述过程在负载为某一恒定值时，结合过程各参数随时间变化曲线示意图。

第三实施例

如图3、图4所示，压裂设备包括驱动机构1、离合制动总成2、压裂装置3以及变速箱5。其中，驱动机构1、离合制动总成2、压裂装置3以及变速箱5在前述实施例中已做详细说明，在此，不再重复赘述。在此，仅对其组合方式进行进一步说明。

驱动机构1包括燃气涡轮发动机11以及第一减速箱12，燃气涡轮发动机11为燃气涡轮双轴发动机112，第一减速箱12为行星减速箱。

压裂装置3包括依次连接的第三减速箱31、第四减速箱32以及压裂泵33。第三减速箱31、第四减速箱32为一体设置。

驱动机构1包括燃气涡轮发动机11以及第一减速箱12，燃气涡轮发动机11为燃气涡轮单轴发动机111，第一减速箱12为高速减速箱，第一减速箱12中不需要单独设置电机。

压裂装置3包括依次连接的第三减速箱31、第四减速箱32以及压裂泵33。其中，第三减速箱31和第四减速箱32为分体设置。

本实施例中，设置一变速箱5，离合制动总成2与变速箱5并行设置，变速箱5的输入端连接到第一减速箱12的另一输出端，变速箱5的输出端连接至第三减速箱31的另一输入端，即驱动第三减速箱31的齿圈。其中，离合制动总成2的位置与变速箱5的位置可以相互交换。

当第二动力涡轮1113启动，且不需要压裂泵33的柱塞泵输出时，或仅需要变速箱5驱动压裂泵33的柱塞泵时，控制离合机构24常离，制动机构25常闭，以切断第二动力涡轮1113输出传递到柱塞泵的动力。同时，制动第三减速箱31的太阳轮，以保证在变速箱5驱动第三减速箱31的齿圈时，第三减速箱31的行星架能够驱动柱塞泵转动。

当第三减速箱31启动，且不需要压裂泵33的柱塞泵输出，切换到仅由第二动力涡轮1113通过离合制动总成2直接驱动柱塞泵，其切换过程与第一实施例中的切换过程相似，在此，不再重复赘述。

当仅变速箱5驱动柱塞泵，切换到仅第二动力涡轮1113通过离合制动总成2直接驱动柱塞泵，其控制过程与第二实施例中的切换过程相似，区别仅在于，变速箱5需要根据离合制动总成2输出转速的不断升高，变速箱5逐挡降低挡位，进而降低变速箱5的输出转速，直至降到空档，输出转速为零。

本实施例中，对于燃气涡轮单轴发动机111为动力源的传动系统中，实现了第二动力涡轮1113零负载启动以及压裂泵33的软起动。同时，还可以实现混动动力传动系统时，涡轮直驱和电机直驱这两种动力驱动模式的切换，并可以平稳交接。

应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。

尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。