專利名稱：氣體發動機并車系統及方法
技術領域：
本發明涉及自動控制領域，特別涉及一種氣體發動機并車系統及方法。
背景技術：
在鉆井動力應用中，兩臺或三臺發動機通過機械連接并車，連接設備間機械轉 速變比不同會導致發動機做功不同，但柴油機通過執行器位置反饋等方式可以實現調差 功能，同時由于柴油機適應性較強，雖然也存在負荷分配不均的情況，但基本在柴油機 能夠適應的范圍內。現在世界上氣體發動機用于石油鉆井動力還是空白。如果采取與柴油機相同的 并車方式，由于氣體發動機的調速及空燃比控制方式的不同，會導致各臺發動機負荷波 動大以及負荷分配嚴重不均，甚至發生一臺承擔全部負荷，造成其超負荷運行，影響發 動機運行穩定性和壽命。在鉆井應用中，沒有相關設備可以測出發動機實際輸出功率， 同時由于氣體發動機本身的負荷特性問題，導致沒有氣體發動機用于鉆井動力。另外柴油機或雙燃料發動機可通過油泵齒條或執行器位置反饋來實現發動機調 差，而氣體發動機執行器位置與發動機負荷不成線性對應關系，因此導致并車用氣體發 動機無法實現調差，這也是鉆井氣體發動機無法并車的原因之一。
發明內容
本發明的目的之一是提供一種能實現鉆井氣體發動機并車和負荷分配的氣體發 動機并車系統及方法。根據本發明的一個方面，提供一種氣體發動機并車系統包括自動并車控制模塊、 多套發動機控制系統；其中，每套發動機控制系統包括1臺氣體發動機；每套發動機控制系 統計算各自氣體發動機的運行功率，并將計算得到的氣體發動機功率發送至所述自動并車控 制模塊；所述自動并車控制模塊接收所述計算得到的氣體發動機功率，計算所有氣體發動機 的總運行功率，根據所述總運行功率計算每臺氣體發動機的平均運行功率，并根據所述平均 運行功率向每套發動機控制系統發出調整信號，調整每臺氣體發動機的運行功率。根據本發明的另一個方面，提供氣體發動機并車方法包括計算所有氣體發動 機的總運行功率；根據所述總運行功率計算每臺氣體發動機的平均運行功率，并根據所 述平均運行功率向每臺氣體發動機發出調整信號，調整每臺氣體發動機的運行功率。根據本發明提供的氣體發動機并車系統及方法，能實現多臺天然氣氣體發動機 直接驅動鉆井機械時的并車和負荷分配。
圖1是本發明實施例提供的氣體發動機并車系統的結構框圖； 圖2是本發明實施例提供的氣體發動機并車方法的流程示意圖3是圖2所示流程中計算所有氣體發動機的總運行功率的流程示意圖。
具體實施例方式如圖1所示，本發明實施例提供的氣體發動機并車系統包括自動并車控制模 塊、多套發動機控制系統(可以是2-4套)及顯示模塊。其中，每套發動機控制系統包括1臺氣體發動機。自動并車控制模塊通過CAN 總線與每套發動機控制系統連接。每套發動機控制系統計算各自氣體發動機的運行功 率，并將計算得到的氣體發動機功率發送至自動并車控制模塊。自動并車控制模塊接收 計算得到的氣體發動機功率，計算所有氣體發動機的總運行功率，根據總運行功率計算 每臺氣體發動機的平均運行功率，并根據該平均運行功率向每套發動機控制系統發出調 整信號(調整信號的電壓值為0 5V)，調整每臺氣體發動機的運行功率。顯示模塊與 自動并車控制模塊連接，顯示每臺氣體發動機的功率值、轉速。其中，發動機控制系統包括控制器、燃氣控制閥、執行器及數字電位器。控 制器根據采集的氣體發動機增壓后混合氣壓力、氣體發動機轉速及燃氣壓力等信號，計 算氣體發動機的運行功率。燃氣控制閥在控制器的控制下，控制燃氣的流量，以控制不 同工況下的空燃比。執行器，在控制器的控制下，控制進入氣體發動機氣缸的空氣及燃 氣的混合氣，以達到控制氣體發動機轉速及負荷的目的。數字電位器通過接收手動設定 的升降速信號，輸出一穩定的電壓信號給控制器，作為氣體發動機運行的基準轉速。如圖2所示，本發明實施例還提供一種氣體發動機并車方法可包括
步驟S1、計算所有氣體發動機的總運行功率。該步驟將結合圖3所示的流程進行詳 細說明。步驟S2、根據總運行功率計算每臺氣體發動機的平均運行功率，并根據該平均 運行功率向每臺氣體發動機發出調整信號(調整信號的電壓值為0 5V)，調整每臺氣 體發動機的運行功率，從而使氣體發動機負荷分配均勻。如圖3所示，步驟S1計算所有氣體發動機的總運行功率又可包括
步驟S11、根據采集的氣體發動機增壓后混合氣壓力、氣體發動機轉速及燃氣壓力信 號計算每臺氣體發動機的運行功率。步驟S12、對每臺氣體發動機的運行功率做求和運算，從而得到所有氣體發動機 的總運行功率。該氣體發動機并車方法可由圖1所示的氣體發動機并車系統來實現。本實施例提供的氣體發動機并車系統及方法能解決氣體發動機在無實際功率信 號輸入情況下，通過將氣體發動機其它可測參數(如氣體發動機增壓后混合氣壓力、氣 體發動機轉速及燃氣壓力等信號)轉化功率信號實現并車運行及負荷分配。本實施例提 供的氣體發動機并車系統及方法能實現多臺氣體發動機之間的自動負荷分配，滿足鉆井 工況要求，提高鉆井動力的可靠性和穩定性，適用于多臺鉆井動力用氣體發動機的并車 應用工況，解決機械并車帶來的負荷分配不均問題，減少因負荷不均造成的氣體發動機 故障，節省了成本，又實現了降低排放的目的。上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式并不受上述實施例 的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組 合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種氣體發動機并車系統，其特征在于，包括自動并車控制模塊、多套發動機控制系統；其中，每套發動機控制系統包括1臺氣 體發動機；每套發動機控制系統計算各自氣體發動機的運行功率，并將計算得到的氣體發動機 功率發送至所述自動并車控制模塊；所述自動并車控制模塊接收所述計算得到的氣體發動機功率，計算所有氣體發動機 的總運行功率，根據所述總運行功率計算每臺氣體發動機的平均運行功率，并根據所述 平均運行功率向每套發動機控制系統發出調整信號，調整每臺氣體發動機的運行功率。
2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述發動機控制系統包括控制器，根據采集的氣體發動機增壓后混合氣壓力、氣體發動機轉速及燃氣壓力信 號，計算氣體發動機的運行功率；燃氣控制閥，在所述控制器的控制下，控制燃氣的流量，以控制不同工況下的空燃比；執行器，在所述控制器的控制下，控制進入氣體發動機氣缸的空氣及燃氣的混合 氣，以達到控制氣體發動機轉速及負荷的目的。
3.根據權利要求2所述的系統，其特征在于，所述發動機控制系統還包括 數字電位器，通過接收手動設定的升降速信號，輸出一穩定的電壓信號給所述控制器，作為氣體發動機運行的基準轉速。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的系統，其特征在于，所述系統還包括 顯示模塊，與所述自動并車控制模塊連接，顯示每臺氣體發動機的功率值、轉速。
5.根據權利要求1至3中任一項所述的系統，其特征在于 所述發動機控制系統套數為2 4套。
6.根據權利要求1至3中任一項所述的系統，其特征在于 所述調整信號的電壓值為0 5V。
7.根據權利要求1至3中任一項所述的系統，其特征在于 所述自動并車控制模塊通過CAN總線與每套發動機控制系統連接。
8.—種氣體發動機并車方法，其特征在于，包括 計算所有氣體發動機的總運行功率；根據所述總運行功率計算每臺氣體發動機的平均運行功率，并根據所述平均運行功 率向每臺氣體發動機發出調整信號，調整每臺氣體發動機的運行功率。
9.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，所述計算所有氣體發動機的總運行功率 的步驟具體包括根據采集的氣體發動機增壓后混合氣壓力、氣體發動機轉速及燃氣壓力信號計算每 臺氣體發動機的運行功率；對每臺氣體發動機的運行功率做求和運算，從而得到所有氣體發動機的總運行功率。
10.根據權利要求8或9所述的方法，其特征在于 所述調整信號的電壓值為0 5V。
全文摘要
公開了一種氣體發動機并車系統包括自動并車控制模塊、多套發動機控制系統；其中，每套發動機控制系統包括1臺發動機。還公開一種氣體發動機并車方法包括計算所有氣體發動機的總運行功率；根據所述總運行功率計算每臺氣體發動機的平均運行功率，并根據該平均運行功率向每臺氣體發動機發出調整信號，調整每臺氣體發動機的運行功率。根據本發明提供的氣體發動機并車系統及方法，能實現多臺天然氣發動機直接驅動鉆井機械時的并車和負荷分配。
文檔編號F02D19/02GK102022198SQ201010591850
公開日2011年4月20日 申請日期2010年12月16日 優先權日2010年12月16日
發明者劉 東, 孫樂美, 孫潔, 張 浩, 李全武, 李樹生, 李治朋, 王令金, 鄭圣彬 申請人:中國石油天然氣集團公司, 中國石油集團濟柴動力總廠