CN103184854B - 自平衡型数字式抽油机及工作方法 - Google Patents

Abstract

<b>自平衡型数字式抽油机</b><b>及工作方法</b><b>。电机在工频下处于恒转速运行，在频率不可调的条件下电机保持转速不变，但由于负载是实时变化的，电机的输出功率呈现剧烈的波动性。</b><b>一种自平衡型数字式抽油机，其组成包括：底座</b><b>（</b><b>26</b><b>）</b><b>，所述底座连接综合控制装置，所述综合控制装置连接带有电机角位移传感器</b><b>（</b><b>6</b><b>）</b><b>的电动机</b><b>（</b><b>5</b><b>）</b><b>，所述电动机连接减速机</b><b>（</b><b>8</b><b>）</b><b>，所述减速机通过曲柄组连接横船</b><b>（</b><b>18</b><b>）</b><b>，所述横船连接游梁（19），所述游梁通过滑动导轨（30）连接平衡块（20）。</b><b>本发明用于数字式抽油机。</b>

Description

自平衡型数字式抽油机及工作方法

技术领域

本发明涉及一种自平衡型数字式抽油机及工作方法。

背景技术

游梁式抽油机是运用机械结构将电机的旋转运动转换为悬点(光杆)的直线运动。通常，电机在工频下处于恒转速运行，在频率不可调的条件下电机保持转速不变，但由于负载是实时变化的，电机的输出功率呈现剧烈的波动性。其最大输出功率与最小输出功率的比值很大。在启动时的最大转矩和在光杆下行程的最小转矩比值很大。如果抽油机在运行过程中系统平衡性出现较大的偏差，则为维持抽油机正常运行，电机将有一部分功率消耗在对平衡块做工上，即无用功增加，系统效率降低。

消除这种由于负载突变引起的转矩和功率的波动，使系统运行平稳是保证抽油机正常、安全、高效使用的关键。要实现平稳运行仅靠盲目的改变电机的转速或仅在电机本身做文章是远远不够的。改变电机的转速和转速分布是最直接的方式，在井下负载状态良好的条件下(负载良好指的是：供液充足、无漏失、无砂卡、无气锁等不利因素)，对电机进行分段变速运行可以收到非常良好的实际效果。但随着长时间的抽汲和设备的磨损变形，井下将会出现供液不足、漏失变大等等问题和故障，这将会导致抽油机系统原有的平衡关系被打破，无用功增加，泵效变低。而地面驱动系统由于无法预知井下状态，依然按既定模式运行，这就进一步加剧了设备的磨损和平衡状态变差，形成恶性循环。如果能提前预知井下负载变化情况，并利用人工干预或自动调节的方式调整系统平衡关系、改变系统运行速度则可有效的防止上述情况的发生，使抽油机系统始终运行在节能高效的最优状态。

发明内容

本发明的目的是提供一种自平衡型数字式抽油机及工作方法。

所述目的是通过如下方案实现的：

一种自平衡型数字式抽油机，其组成包括：底座，所述底座连接综合控制装置，所述综合控制装置连接带有电机角位移传感器的电动机，所述电动机连接减速机，所述减速机通过曲柄组连接横船，所述横船连接游梁，所述游梁通过滑动导轨连接平衡块。

所述的自平衡型数字式抽油机，所述游梁连接驱动滚筒，所述驱动滚筒连接牵引钢索，所述牵引钢索通过牵引环连接所述平衡块，所述牵引钢索另一端连接定滑轮，所述游梁连接驴头，所述驴头连接悬绳器，所述驱动滚筒连接低速伺服电机，所述滑动导轨具有自锁限位孔，所述滑动导轨为三角形滑动导轨或梯形滑动导轨。

所述的自平衡型数字式抽油机，所述底座连接支架，所述支架连接支架轴，所述支架轴连接所述平衡块，所述支架轴通过所述支架连接所述减速机。

所述的自平衡型数字式抽油机，所述综合控制装置包括具有控制电路的综合控制仪，所述综合控制仪连接专用变频器和伺服控制器，所述综合控制仪连接所述电动机，所述的伺服控制器连接所述的伺服电机，所述控制电路包括信号处理电路，所述信号处理电路连接死点信号采集电路、角位移信号采集电路、时钟信号电路、角位移信号输出电路、死点信号输出电路和综合控制仪数据通讯电路，所述综合控制仪与所述伺服控制器均连接自锁机构控制单元。

所述的自平衡型数字式抽油机，所述电动机与所述减速机之间装有皮带轮组，所述皮带轮组包括皮带轮，所述皮带轮连接皮带和减速机，所述皮带另一端连接所述电动机。

所述的自平衡型数字式抽油机，所述曲柄组包括曲柄轴，所述曲柄轴装在曲柄上，所述曲柄轴连接所述减速机，所述曲柄连接连杆轴，所述连杆轴连接连杆，所述连杆连接横船轴，所述横船轴连接所述横船。

所述的自平衡型数字式抽油机，所述曲柄另一端连接曲柄平衡块，所述曲柄轴、所述曲柄、所述连杆、支架为一点连接。

所述的自平衡型数字式抽油机，所述减速机连接刹车装置，所述减速机连接减速机轴承外盖，所述减速机轴承外盖连接死点传感器接收极，所述减速机具有转轴，所述转轴连接死点传感器发射极。

一种自平衡型数字式抽油机的工作方法，综合控制仪利用内置于专用变频器中的电能检测单元的反馈信息，得出井下负荷状态及抽油机上、下冲程中的最大能耗值的差值、抽油机系统的不平衡量及调整方向，然后将相应的指令发送给伺服控制器，并同时对平衡块自锁机构发出解锁指令，在收到解锁成功的信号后通过伺服驱动器控制伺服电机按要求运行，拉动游梁平衡块进行平衡调节；调节过程中综合控制仪利用电能检测单元不断检测平衡量偏差，待达到要求后向伺服驱动器发出停机指令，然后控制自锁机构将平衡块锁定。

所述的自平衡型数字式抽油机的工作方法，在游梁上部加装平衡块滑动导轨，平衡块置于导轨之上并能自由滑动，平衡块两端分别安装牵引环，并由牵引钢索经滑轮机构与其连接，牵引钢索缠绕在驱动滚筒表面，驱动滚筒与低速伺服电机转轴连接并同步旋转，伺服电机控制器的综合控制仪接口与综合控制仪相连并受其指令控制。综合控制仪根据各传感器所检测到的数据进行抽油机平衡度计算，然后根据计算结果控制伺服控制器驱动电机正反转运行，带动游梁平衡块移动，调整系统平衡度。

本发明的有益效果是：

本发明是在数字式游梁抽油机的游梁上部加装全游梁自平衡装置，并按照数字式游梁抽油机的综合控制仪系统提供的指令在不停机的情况下自动调节游梁平衡块的位置，使整个游梁抽油机系统始终运动于稳定的平衡的状态。

本发明除在传统的游梁式抽油机的不同运动部位上安装各种传感器，用以对抽油机各个部分的运动状态进行数据采集整理之外，在游梁上部加装一个由伺服电机系统、牵引系统、游梁平衡块和平衡块自锁机构组成的全游梁自平衡装置，在综合控制仪的指令下运行，能够实时调整抽油机的平衡度。

本发明由于游梁平衡块的质量较大，如果不加固定则在游梁运动过程中易出现惯性移动，可能影响抽油机运行的安全性和稳定性；因此在全游梁自平衡装置的游梁平衡块上加装了平衡块自锁机构，该机构可在自平衡装置工作过程中根据综合控制仪命令解锁，使游梁平衡块在牵引钢索的拉动下自由活动；当平衡调整完毕后该机构可根据综合控制仪信号对游梁平衡块进行锁定，防止其自由滑动；保证全状况下的安全性，防止因综合控制仪系统故障导致自锁机构失灵，该自锁机构采用失电锁定方式。

本发明实现地面采油设备和井下负载状态(井况)的真正闭环控制，还可根据井下负载情况实时调整抽油机的平衡状态，在不停机，不需要人工干预的情况下使抽油机按最优状态运行。

附图说明

附图1是本发明的结构示意图。

附图2是附图1中减速机的结构示意图。

附图3是附图1和附图2的原理框图。

附图4是附图1和附图2中游梁的结构示意图。

附图5是附图1和附图2的电路图。

具体实施方式

下面结合附图详细阐述本发明优选的实施方式。

实施例一

一种自平衡型数字式抽油机，如附图1、附图2、附图3、附图4、附图5所示，其组成包括：底座26，所述底座连接综合控制装置，所述综合控制装置连接带有电机角位移传感器6的电动机5，所述电动机连接减速机8，所述减速机通过曲柄组连接横船18，所述横船连接游梁19，所述游梁通过滑动导轨30连接平衡块20。

数字式抽油机系统优化运行综合控制仪与专用变频器和自平衡系统的伺服驱动器安装在同一箱体内，数字式游梁抽油机的游梁顶部安装牵引系统、游梁平衡块。

实施例二

本实施例与实施例一的不同之处在于，如附图1所示，所述的自平衡型数字式抽油机，所述游梁连接驱动滚筒15，所述驱动滚筒连接牵引钢索17，所述牵引钢索通过牵引环连接所述平衡块，所述牵引钢索另一端连接定滑轮23，所述游梁连接驴头24，所述驴头连接悬绳器25，所述驱动滚筒连接低速伺服电机16，所述滑动导轨具有自锁限位孔33，所述滑动导轨为三角形滑动导轨。

实施例三

本实施例与实施例一的不同之处在于，如附图1所示，所述的自平衡型数字式抽油机，所述底座连接支架22，所述支架连接支架轴21，所述支架轴连接所述平衡块，所述支架轴通过所述支架连接所述减速机。

实施例四

本实施例与实施例一的不同之处在于，如附图1、附图5所示，所述的自平衡型数字式抽油机，所述综合控制装置包括具有控制电路的综合控制仪1，所述综合控制仪连接专用变频器2和伺服控制器3，所述综合控制仪连接所述电动机，所述的伺服控制器连接所述的伺服电机，所述控制电路包括信号处理电路37，所述信号处理电路连接死点信号采集电路35、角位移信号采集电路36、时钟信号电路38、角位移信号输出电路39、死点信号输出电路40和综合控制仪数据通讯电路31，所述综合控制仪与所述伺服控制器均连接自锁机构控制单元34。

所述死点信号采集电路35，由上拉电阻R3、滤波电容C4连接构成，信号输入后经上拉电阻R3提高电平并经滤波电容C4消除干扰提高信号质量后输出。

所述角位移信号采集电路36，由上拉电阻R2、滤波电容C3连接构成，信号输入后经上拉电阻R2提高电平并经滤波电容C3消除干扰提高信号质量后输出。

所述信号处理电路37，由单片机、数据存储器和运算器组成，对信号采集电路发送过来的传感器信号进行位置、倍频及特殊算法处理和速度、位置运算。

所述时钟信号电路38，由石英体振荡器Y1、滤波电容C7、C8组成，为单片机系统提供稳定的时钟信号。

所述角位移信号输出电路39，由限流电阻R17、分压电阻R18、功率放大三极管Q2及滤波电容C10构成。

所述死点信号输出电路40，由限流电阻R14、分压电阻R15、功率放大三极管Q1及滤波电容C9构成。

所述综合控制仪数据通讯电路31，由专用通讯电路模块组成，以MODBUS协议的格式发送单片机系统送来的数据。

实施例五

本实施例与实施例一的不同之处在于，如附图1、附图2所示，所述的自平衡型数字式抽油机，所述电动机与所述减速机之间装有皮带轮组，所述皮带轮组包括皮带轮7，所述皮带轮连接皮带32和减速机，所述皮带另一端连接所述电动机。

实施例六

本实施例与实施例一的不同之处在于，如附图1、附图2所示，所述的自平衡型数字式抽油机，所述曲柄组包括曲柄轴9，所述曲柄轴装在曲柄10上，所述曲柄轴连接所述减速机，所述曲柄连接连杆轴11，所述连杆轴连接连杆12，所述连杆连接横船轴14，所述横船轴连接所述横船。

实施例七

本实施例与实施例一的不同之处在于，如附图1所示，所述的自平衡型数字式抽油机，所述曲柄另一端连接曲柄平衡块13，所述曲柄轴、所述曲柄、所述连杆、支架为一点连接。

实施例八

本实施例与实施例一的不同之处在于，如附图1、附图2所示，所述的自平衡型数字式抽油机，所述减速机连接刹车装置4，所述减速机连接减速机轴承外盖27，所述减速机轴承外盖连接死点传感器接收极28，所述减速机具有转轴，所述转轴连接死点传感器发射极29。

实施例九

本实施例与实施例二的不同之处在于，如附图1所示，所述的自平衡型数字式抽油机，所述滑动导轨为梯形滑动导轨。

实施例十

一种自平衡型数字式抽油机的工作方法，综合控制仪利用内置于专用变频器中的电能检测单元的反馈信息，得出井下负荷状态及抽油机上、下冲程中的最大能耗值的差值、抽油机系统的不平衡量及调整方向，然后将相应的指令发送给伺服控制器，并同时对平衡块自锁机构发出解锁指令，在收到解锁成功的信号后通过伺服驱动器控制伺服电机按要求运行，拉动游梁平衡块进行平衡调节；调节过程中综合控制仪利用电能检测单元不断检测平衡量偏差，待达到要求后向伺服驱动器发出停机指令，然后控制自锁机构将平衡块锁定。

实施例十一

本实施例与实施例十的不同之处在于，所述的自平衡型数字式抽油机的工作方法，在游梁上部加装平衡块滑动导轨，平衡块置于导轨之上并能自由滑动，平衡块两端分别安装牵引环，并由牵引钢索经滑轮机构与其连接，牵引钢索缠绕在驱动滚筒表面，驱动滚筒与低速伺服电机转轴连接并同步旋转，伺服电机控制器的综合控制仪接口与综合控制仪相连并受其指令控制。综合控制仪根据各传感器所检测到的数据进行抽油机平衡度计算，然后根据计算结果控制伺服控制器驱动电机正反转运行，带动游梁平衡块移动，调整系统平衡度。

本实施方式只是对本专利的示例性说明而并不限定它的保护范围，本领域人员还可以对其进行局部改变，只要没有超出本专利的精神实质，都视为对本专利的等同替换，都在本专利的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种自平衡型数字式抽油机，其组成包括：底座，其特征在于所述底座连接综合控制装置，所述综合控制装置包括具有控制电路的综合控制仪，所述综合控制仪连接专用变频器，所述专用变频器内设有电能检测单元，所述综合控制装置连接带有电机角位移传感器的电动机，所述电动机连接减速机，所述减速机通过曲柄组连接横船，所述横船连接游梁，所述游梁通过滑动导轨连接平衡块，所述平衡块上设有自锁机构，所述游梁连接驱动滚筒，所述驱动滚筒连接牵引钢索，所述牵引钢索通过牵引环连接所述平衡块，所述牵引钢索另一端连接定滑轮，所述游梁连接驴头，所述驴头连接悬绳器，所述驱动滚筒连接低速伺服电机，所述滑动导轨具有自锁限位孔，所述滑动导轨为三角形滑动导轨或梯形滑动导轨。

2.根据权利要求1所述的自平衡型数字式抽油机，其特征在于所述底座连接支架，所述支架连接支架轴，所述支架轴连接所述平衡块，所述支架轴通过所述支架连接所述减速机。

3.根据权利要求1所述的自平衡型数字式抽油机，其特征在于所述综合控制仪连接伺服控制器和所述电动机，所述的伺服控制器连接所述的伺服电机，所述控制电路包括信号处理电路，所述信号处理电路连接死点信号采集电路、角位移信号采集电路、时钟信号电路、角位移信号输出电路、死点信号输出电路和综合控制仪数据通讯电路，所述综合控制仪与所述伺服控制器均连接自锁机构控制单元。

4.根据权利要求1所述的自平衡型数字式抽油机，其特征在于所述电动机与所述减速机之间装有皮带轮组，所述皮带轮组包括皮带轮，所述皮带轮连接皮带和减速机，所述皮带另一端连接所述电动机。

5.根据权利要求1所述的自平衡型数字式抽油机，其特征在于所述曲柄组包括曲柄轴，所述曲柄轴装在曲柄上，所述曲柄轴连接所述减速机，所述曲柄连接连杆轴，所述连杆轴连接连杆，所述连杆连接横船轴，所述横船轴连接所述横船。

6.根据权利要求5所述的自平衡型数字式抽油机，其特征在于所述曲柄另一端连接曲柄平衡块，所述曲柄轴、所述曲柄、所述连杆、支架为一点连接。

7.根据权利要求1或2或4或5所述的自平衡型数字式抽油机，其特征在于所述减速机连接刹车装置，所述减速机连接减速机轴承外盖，所述减速机轴承外盖连接死点传感器接收极，所述减速机具有转轴，所述转轴连接死点传感器发射极。

8.根据权利要求1所述的一种自平衡型数字式抽油机的工作方法，其特征在于综合控制仪利用内置于专用变频器中的电能检测单元的反馈信息，得出井下负荷状态及抽油机上、下冲程中的最大能耗值的差值、抽油机系统的不平衡量及调整方向，然后将相应的指令发送给伺服控制器，并同时对平衡块自锁机构发出解锁指令，在收到解锁成功的信号后通过伺服驱动器控制伺服电机按要求运行，拉动游梁平衡块进行平衡调节；调节过程中综合控制仪利用电能检测单元不断检测平衡量偏差，待达到要求后向伺服驱动器发出停机指令，然后控制自锁机构将平衡块锁定。

9.根据权利要求8所述的自平衡型数字式抽油机的工作方法，其特征在于在游梁上部加装平衡块滑动导轨，平衡块置于导轨之上并能自由滑动，平衡块两端分别安装牵引环，并由牵引钢索经滑轮机构与其连接，牵引钢索缠绕在驱动滚筒表面，驱动滚筒与低速伺服电机转轴连接并同步旋转，伺服电机控制器的综合控制仪接口与综合控制仪相连并受其指令控制，综合控制仪根据各传感器所检测到的数据进行抽油机平衡度计算，然后根据计算结果控制伺服控制器驱动电机正反转运行，带动游梁平衡块移动，调整系统平衡度。