游梁式抽油機平衡自動調(diào)整裝置及自動控制方法
【專利摘要】一種游梁式抽油機平衡自動調(diào)整裝置及自動控制方法，其自動調(diào)整裝置包括：電機、蝸輪蝸桿減速器、推力軸承、觀察窗、平衡塊、驅(qū)動絲杠、平衡箱、導電滑環(huán)、控制柜。所述的平衡箱為長方體，內(nèi)部安裝與其滑動配合并能夠往復移動的平衡塊、設有用于觀測平衡塊位置的觀察窗，平衡塊通過平衡箱內(nèi)部的驅(qū)動絲杠控制往復移動，驅(qū)動絲杠的一端連接電機，電機通過蝸輪蝸桿減速器與驅(qū)動絲杠聯(lián)接，驅(qū)動絲杠兩端設有推力軸承。本發(fā)明利用機械傳動和電氣自動控制技術，驅(qū)動平衡塊在曲柄上位置的移動，實現(xiàn)能量的儲存與釋放，實現(xiàn)游梁式抽油機平衡的快速、準確調(diào)整，達到節(jié)約電能、延長抽油機使用壽命的目的，并減輕采油工人的勞動強度，保障油田安全生產(chǎn)。
【專利說明】游梁式抽油機平衡自動調(diào)整裝置及自動控制方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及石油機械領域，具體而言是一種游梁式抽油機平衡自動調(diào)整裝置及自動控制方法。

【背景技術】
[0002]在油田的日常生產(chǎn)工作中，衡量游梁式抽油機能耗和使用壽命的一個重要指標是抽油機的平衡狀況，而抽油機在一個工作循環(huán)內(nèi)載荷是不均勻的，抽油機在工作過程中或多或少會處在不平衡的狀態(tài)下運行對于已無法通過自身平衡配置來進行平衡調(diào)節(jié)的在役抽油機，則會通過在抽油機上安裝平衡調(diào)節(jié)裝置的方式來繼續(xù)調(diào)節(jié)平衡。
[0003]游梁式抽油機在完成一個抽油周期的過程中，上沖程和下沖程的負荷也不平衡，并且差別較大，為了改善這種不平衡狀態(tài)，節(jié)約電能，游梁式抽油機都設計在抽油機曲柄上安裝平衡重，但是由于平衡重的配重是固定的，而油井的工況是變化的，再加上平衡重機構的機械調(diào)整受到現(xiàn)場諸多條件的限制，使抽油機不能及時完全達到平衡的狀態(tài)，因此在實際運行中，電機往往處于兩種工作狀態(tài)，即電動狀態(tài)和倒發(fā)電狀態(tài)。倒發(fā)電能量在電-機-電反復轉(zhuǎn)換的過程中，既造成了一定能量損失又會對大網(wǎng)的正常供電造成一定程度的擾動，同時使電網(wǎng)與電機的功率因數(shù)再一次降低。近十幾年來，很多油田都研制了各種調(diào)平衡裝置和工具來對在役常規(guī)游梁抽油機進行平衡調(diào)整以便節(jié)能和延長抽油機的使用壽命，而這些調(diào)平衡裝置僅僅局限于機械方面的實現(xiàn)和調(diào)平衡工具的優(yōu)化，
比如通過更換不同的平衡重，且平衡調(diào)節(jié)仍需要人工操作來完成。采油工人的勞動強度大，高空作業(yè)采油工人調(diào)平衡時從曲柄上掉下的情況偶爾有之，存在著安全隱患。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就是針對上述存在的問題，設計一種游梁式抽油機平衡自動調(diào)整裝置及自動控制方法。
[0005]游梁式抽油機平衡自動調(diào)整裝置及自動控制方法，其自動調(diào)整裝置包括:電機、蝸輪蝸桿減速器、推力軸承、觀察窗、平衡塊、驅(qū)動絲杠、平衡箱、導電滑環(huán)、控制柜。所述的游梁式抽油機平衡自動調(diào)整裝置的平衡箱為長方體，內(nèi)部安裝與其滑動配合并能夠往復移動的平衡塊、設有用于觀測平衡塊位置的觀察窗，平衡塊通過貫穿平衡箱內(nèi)部的驅(qū)動絲杠控制往復移動，驅(qū)動絲杠的一端連接電機，電機通過蝸輪蝸桿減速器與驅(qū)動絲杠聯(lián)接，驅(qū)動絲杠兩端設有推力軸承。
[0006]上述游梁式抽油機平衡自動調(diào)整裝置及自動控制方法中的電機為24V直流電機。
[0007]上述游梁式抽油機平衡自動調(diào)整裝置及自動控制方法中的導電滑環(huán)固定部分由導線與控制柜連接，活動部分由導線與電機連接，導電滑環(huán)安裝在減速箱輸出軸上，位于減速箱與曲柄之間。
[0008]上述游梁式抽油機平衡自動調(diào)整裝置及自動控制方法中的控制柜設有中央處理器以及與其第一輸入端依次連接的電量計量模塊、電流及電壓數(shù)據(jù)采集模塊，與其第二輸入端連接的用于判斷抽油機上或下沖程的信號采集模塊，所述中央處理器的第一輸出端用于輸出電機的正反轉(zhuǎn)以及時間信號并與電機的控制電路連接、第二輸出端用于輸出測試周期信號并與數(shù)據(jù)采集模塊連接。
[0009]上述游梁式抽油機平衡自動調(diào)整裝置及自動控制方法，其自動控制方法:
首先，通過電流互感器和電壓測量裝置分別檢測電流和電壓，分別采集抽油機在上、下沖程時的電壓及電流信息，并將電壓以及電流信號輸入數(shù)據(jù)采集模塊，然后將采集的電壓及電流信息輸入電量計量模塊并在此計量電能，然后輸入中央處理器，同時在抽油機上安裝用于判斷抽油機上下沖程的信號采集模塊，采集到的上或下沖程狀態(tài)，狀態(tài)的信息也輸入到中央處理器中，采用往復多個沖程累加計算抽油機上、下沖程所做的有用功，計算得到當前抽油機的平衡率。
[0010]其次，將上述平衡率與設定的平衡率進行比較，如果平衡率未達到設定的標準范圍內(nèi)，即確定平衡塊的移動方向及距離，然后輸出電機的正反轉(zhuǎn)信號以及轉(zhuǎn)動時間信號給電機的控制電路，通過控制電機的轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速以及時間，實現(xiàn)平衡塊在平衡箱內(nèi)移動，調(diào)整抽油機至平衡狀態(tài)；
第三，設定平衡率測試周期h，如果平衡率達到設定的范圍內(nèi)，則輸出測試周期信號，確定下一次信號采集的時間，定期重復上述步驟。
[0011]第四，抽油機平衡自動控制器計算過程
采用三相三線兩元件測量方法，合相功率計算公式為
P = Uab X Ia + Ucb X Ic
式中:P—合相功率kw.h
Uab一a相與b相電壓，V
Ia —a相電流，A
Ucb一c相與b相電壓，V
Ic一c相電流，A
平衡度計算:當A1 <A2時，B = A1A2 X 100%，范圍O?100%
當 A1 > A2 時，B = A2A1X 100%，范圍 O ?100%
式中:
B—平衡度％
A1 一上沖程有功電能kw.h，
A2一下沖程有功電能kw.h，
連續(xù)測量10次，取累加平均值；理想狀態(tài)下，A1=A2, B = 100%
當平衡度B大于Bmax時，抽油機為平衡，無需調(diào)整調(diào)整距尚計算:S=B設一B測X δ 式中:
S—調(diào)整距離 B^-一設定平衡度％
BiIij一測量平衡度％ δ —調(diào)整時間，秒
本發(fā)明的有益效果是:依據(jù)力矩平衡原理和游梁式抽油機的平衡調(diào)節(jié)技術，結合機械傳動和電氣控制理論，移動平衡塊在抽油機曲柄上位置的改變，實現(xiàn)能量的儲存與釋放，從而達到有效平衡井下液柱與地面生產(chǎn)情況變化后產(chǎn)生的油井不平衡的狀況。通過自動控制機構自動檢測抽油機上、下沖程的平衡率，并與設定值進行比較，自動控制機構輸出信號驅(qū)動電機正、反轉(zhuǎn)，驅(qū)動平衡箱內(nèi)的平衡塊移動，實現(xiàn)游梁式抽油機平衡的快速、準確調(diào)整，達到節(jié)約電能、延長抽油機使用壽命的目的，并減輕采油工人的勞動強度，保障油田安全生產(chǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1-本發(fā)明主視全剖結構示意圖圖2-本發(fā)明現(xiàn)場應用結構示意圖
圖3-本發(fā)明控制原理框圖圖4-本發(fā)明工作原理框圖
圖中，1.電機，2.蝸輪蝸桿減速器，3.推力軸承，4.觀察窗，5.平衡塊，6.驅(qū)動絲杠，7.平衡箱，8.導電滑環(huán)，9.控制柜，10.游梁式抽油機平衡自動調(diào)整裝置，11.曲柄，12.抽油機，13.井口。

【具體實施方式】
[0013]為進一步公開本發(fā)明的技術方案，下面結合附圖通過實施例作詳細說明:
游梁式抽油機平衡自動調(diào)整裝置及自動控制方法，其自動調(diào)整裝置由電機1、蝸輪蝸桿減速器2、推力軸承3、觀察窗4、平衡塊5、驅(qū)動絲杠6、平衡箱7、導電滑環(huán)8、控制柜9組成。所述的游梁式抽油機平衡自動調(diào)整裝置的平衡箱7為長方體，內(nèi)部安裝與其滑動配合并能夠往復移動的平衡塊5、設有用于觀測平衡塊5位置的觀察窗4，平衡塊5通過貫穿平衡箱7內(nèi)部的驅(qū)動絲杠6控制往復移動，驅(qū)動絲杠6的一端連接24V直流電機1，電機I通過蝸輪蝸桿減速器2與驅(qū)動絲杠5聯(lián)接，驅(qū)動絲杠5兩端設有推力軸承2。導電滑環(huán)8固定部分通過導線與控制柜9連接，滑動部分通過導線與電機I連接，安裝在減速箱輸出軸上，位于減速箱與曲柄11之間。平衡箱7及電機1、蝸輪蝸桿減速器2、平衡塊5、驅(qū)動絲杠6，牢固安裝在抽油機曲柄11的上、下兩側。
[0014]游梁式抽油機平衡自動調(diào)整裝置及自動控制方法中的控制柜9的中央處理器CPU以及與其第一輸入端依次連接電量計量模塊、電流及電壓數(shù)據(jù)采集模塊，與其第二輸入端連接的用于判斷抽油機上、下沖程的信號采集模塊，中央處理器的電機I正、反裝信號輸出端與電機I的控制電路連接。通過電流互感器和電壓測量裝置分別檢測電流和電壓，并將電壓以及電流信號輸入數(shù)據(jù)采集模塊，然后將采集的電壓及電流信息輸入電量計量模塊并在此計量電能，然后輸入中央處理器，同時在抽油機上安裝的用于判斷抽油機上、下沖程的信號采集模塊(比如接近開關)，采集到的上、下沖程的信息也輸入到中央處理器中，中間
處理器根據(jù)收到的電量計量信息以及上、下沖程信息進行處理，分別計量抽油機上、下沖程所做的有用功Ap A2,并將往復多個沖程累加計量，然后計算平衡率B，并與設定的平衡率進行比較，如果平衡率B未達到設定的標準范圍內(nèi)，即確定平衡塊5的移動方向及距離S，然后輸出電機I的正、反轉(zhuǎn)信號(即控制平衡塊5的移動方向)以及轉(zhuǎn)動時間秒信號給電機I的控制電路(電機的轉(zhuǎn)速移動，通過控制轉(zhuǎn)動時間來控制平衡塊5的移動距離S)；如果平衡率B達到設定的范圍內(nèi)，則輸出測試周期信號(即設定的定期信號采集時間)，確定下一次信號采集的時間(測試周期可以根據(jù)實際情況確定，可以為幾小時，也可以是幾十小時)。
【權利要求】
1.一種游梁式抽油機平衡自動調(diào)整裝置及自動控制方法，其自動調(diào)整裝置包括:電機(I)、蝸輪蝸桿減速器(2)、推力軸承(3)、觀察窗(4)、平衡塊(5)、驅(qū)動絲杠(6)、平衡箱(7)、導電滑環(huán)(8)、控制柜(9);其特征是:所述的游梁式抽油機平衡自動調(diào)整裝置的平衡箱(7)為長方體，內(nèi)部安裝與其滑動配合并能夠往復移動的平衡塊(5)、設有用于觀測平衡塊(5)位置的觀察窗(4)，平衡塊(5)通過貫穿平衡箱(7)內(nèi)部的驅(qū)動絲杠(6)控制往復移動，驅(qū)動絲杠(6 )的一端連接電機(I)，電機(I)通過蝸輪蝸桿減速器(2 )與驅(qū)動絲杠(5 )聯(lián)接，驅(qū)動絲杠(5 )兩端設有推力軸承(2 )。
2.根據(jù)權利要求1所述的游梁式抽油機平衡自動調(diào)整裝置及自動控制方法，其特征是:所述的電機(I)為24V直流電機。
3.根據(jù)權利要求1所述的游梁式抽油機平衡自動調(diào)整裝置及自動控制方法，其特征是:所述的導電滑環(huán)(8)固定部分通過導線與控制柜(9)連接，活動部分通過導線與電機(I)連接。
4.根據(jù)權利要求1所述的游梁式抽油機平衡自動調(diào)整裝置及自動控制方法，其特征是:所述的控制柜(9)設有中央處理器(CPU)以及與其第一輸入端依次連接的電量計量模塊、電流及電壓數(shù)據(jù)采集模塊，與其第二輸入端連接的用于判斷抽油機上或下沖程的信號米集模塊，所述中央處理器的第一輸出端用于輸出電機的正反轉(zhuǎn)以及時間信號并與電機的控制電路連接、第二輸出端用于輸出測試周期信號并與數(shù)據(jù)采集模塊連接。
5.根據(jù)權利要求1所述的游梁式抽油機平衡自動調(diào)整裝置及自動控制方法，其自動控制方法: 首先，通過電流互感器和電壓測量裝置分別檢測電流和電壓，分別采集抽油機在上、下沖程時的電壓及電流信息，并將電壓以及電流信號輸入數(shù)據(jù)采集模塊，然后將采集的電壓及電流信息輸入電量計量模塊并在此計量電能，然后輸入中央處理器，同時在抽油機上安裝用于判斷抽油機上下沖程的信號采集模塊，采集到的上或下沖程狀態(tài)，狀態(tài)的信息也輸入到中央處理器中，采用往復多個沖程累加計算抽油機上、下沖程所做的有用功，計算得到當前抽油機的平衡率；其次，將上述平衡率與設定的平衡率進行比較，如果平衡率未達到設定的標準范圍內(nèi)，即確定平衡塊(5)的移動方向及距離，然后輸出電機(I)的正反轉(zhuǎn)信號以及轉(zhuǎn)動時間信號給電機(I)的控制電路，通過控制電機(I)的轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速以及時間，實現(xiàn)平衡塊在(5)平衡箱(7)內(nèi)移動，調(diào)整抽油機至平衡狀態(tài)；第三，設定平衡率測試周期h，如果平衡率達到設定的范圍內(nèi)，則輸出測試周期信號，確定下一次信號采集的時間，定期重復上述步驟；第四，抽油機平衡自動控制器計算過程 采用三相三線兩元件測量方法，合相功率計算公式為 P = Uab X Ia + Ucb X Ic 平衡度計算:當A1 <A2時，B = AI/A2 X 100%,范圍O?100% 當 A1 > A2 時，B = A2A1X 100%,范圍 O ?100% 式中:B—平衡度％ A1 一上沖程有功電能kw.h， A2一下沖程有功電能kw.h， 連續(xù)測量10次，取累加平均值；理想狀態(tài)下，A1=A2, B = 100% ； 當平衡度B大于Bmax時，抽油機為平衡，無需調(diào)整調(diào)整距尚計算:S=B設一B測X δ式中:S—調(diào)整距尚B^-一設定平衡度％BiIij一測量平衡度％δ —調(diào)整時間，秒。
【文檔編號】E21B43/00GK104265247SQ201410534549
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月11日 優(yōu)先權日:2014年10月11日
【發(fā)明者】陳洪維, 隋學旭, 宋慧芳 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司孤島采油廠