专利名称：抽油机多用途能效分析仪的制作方法
技术领域：
抽油机多用途能效分析仪技术领域发明实用新型涉及一种用于机械领域；具体涉及一种抽油机多用途能效分析仪。
背景技术：
抽油机是油田石油开采的主要设备，也是油田主要的电能消耗源之一，在采油成本中，抽油机电费占30%左右。目前，国内使用抽油系统的总效率在一般地区平均只有 12% 23%，在先进地区至今也不到30%，而国外先进国家常规抽油机的效率可以达到46%。 造成抽油机总效率低下与其自身的结构参数和工作状况有关。抽油机在采油的过程中，由于启动负荷大且地下油层出液量也不十分稳定，一昼夜的周期内液位变化比较大，工作电机的负荷是不完全稳定的。一般抽油机启动的位置都是在下冲程顶点位置(常称为下死点)，要进行启动需要较大的功率，为了生产的顺利进行，必须按大负荷状态配备电机。而在正常运行时电机的负荷一般只有额定功率的20% 30%，这就导致抽油机的驱动电机经常处于“大马拉小车”的运行状态，使电机的工作效率和功率因数明显下降。抽油机在完成一个抽油周期的过程中，上冲程和下冲程的负荷不平衡，并且差别较大，抽油机的不平衡工作状态不仅使得电机拖动功耗大量增加，也使得机械磨损大大增加，并且当不平衡率达到一定程度时，电动机处于发电状态，还会对电网产生干扰，影响供电质量。同时，不平衡的工作状态也使得电机寿命缩短，性能变差。抽油机不平衡状态可以通过参数平衡比大小来反映， 精确的测量平衡比是有效调整抽油机调平衡的基础。因此，实现抽油机平衡比的准确测量具有十分重要的意义。发明内容实用新型的目的是提供一种人机交互友好，功能完善，易于扩展的抽油机多用途能效分析仪。上述的目的通过以下的技术方案实现一种抽油机多用途能效分析仪，其组成包括壳体，所述的壳体内装有电源电路， 所述的电源电路连接信号转换及调理电路、数据采集控制电路和数据处理及人机接口电路。所述的抽油机多用途能效分析仪，所述的壳体具有正面和背面，所述的正面上部具有仪器触摸屏液晶显示器，所述的正面上部具有连接仪器电源开关和电源指示灯，所述的背面具有外接仪表接口和电源插口。所述的抽油机多用途能效分析仪，所述的数据处理及人机接口电路包括芯片，型号S3C2440，所述的芯片一侧连接数据存储器，所述的芯片一侧连接程序存储器，所述的芯片上部连接触摸屏和液晶显示屏，所述的芯片上部连接以太网接口和数据接口。有益效果1.本实用新型判断冲程点的方法避免了机械式拉线测量方法体积大，机械部件多的缺点，实现了冲程点在线确定。平衡比计算是通过功率来进行计算，而功率值的计算是基于相应的电参数测量基础上，因此本仪器对基本的电参数具有采集计算功能，参数包括电压、电流计算，有功功率计算，视在功率计算，无功功率计算，功率因数的计算，同时具有频率测量，谐波分析功能。2.本实用新型充分利用微电子技术及嵌入式技术，采用接口丰富、性能卓越的 ARM架构嵌入式处理器，以Linux为操作系统的嵌入式操作平台，Qt/E编程实现用户操作界面，具有电压、电流和频率数据采集功能，能够实时显示电机的有功功率、功率因数和功率曲线，具有参数设定、自校准功能。仪器基本量的测量精度高，人机界面友好，功能完善，易于扩展，在油田能耗测试中有很好的应用前景。3.本实用新型的这种判断冲程点的方法避免了机械式拉线测量方法体积大，机械部件多的缺点，实现了冲程点在线确定。平衡比计算是通过功率来进行计算，而功率值的计算是基于相应的电参数测量基础上，因此本仪器对基本的电参数具有采集计算功能，参数包括电压、电流计算，有功功率计算，视在功率计算，无功功率计算，功率因数的计算，同时具有频率测量，谐波分析功能。4.本实用新型能够准确获得抽油机上下死点，平衡比测量准确与传统的抽油机平衡比测量装置相比，在抽油机平衡比0. 5 2范围内，误差在0. 02以下，能够满足平衡比测量要求。5.本实用新型仪器基本量的测量精度在工频段频率测量误差在0. OOOlHz以下， 直流测量相对误差在0.01%，交流电压电流测量误差在0. 1%以上。6.本实用新型采用新型技术方案，人机交互友好，功能完善，易于扩展。本产品将在油田能耗测试中将有广阔的应用前景。
附图1是本产品的结构示意图。附图2是本产品的抽油机功率曲线图。附图3是本产品的抽油机电机输入有功功率与转速关系图。附图4是附图1中系统硬件层次原理图。附图5是附图1中模拟二阶有源低通滤波器电路图。附图6是附图1中信号单端变差分及滤波电路图。附图7是附图1中CPLD实现数据采集传输的RTL图。附图8是附图1中数据处理及人机接口电路原理框图。附图9是附图1中S3CM40与CPLD接口电路图。附图10是附图1中系统主电源DC-DC变换电路图。附图11是附图1中系统-5V电源产生电路图。附图12是附图1中系统模拟电路电源滤波电路图。附图13是附图1中模拟与数字电源单点接地图。附图14是附图1的主视图。附图15是附图1的后视图。根据电子线路制图的规定，相同标号的电路图之间具有连接关系。
具体实施方式
实施例1 —种抽油机多用途能效分析仪，其组成包括壳体1，所述的壳体1内装有电源电路2，所述的电源电路2连接信号转换及调理电路3、数据采集控制电路4和数据处理及人机接口电路5。实施例2 实施例1所述的抽油机多用途能效分析仪，所述的壳体1具有正面和背面，所述的正面上部具有仪器触摸屏液晶显示器6，所述的正面上部具有连接仪器电源开关7和电源指示灯8，所述的背面具有外接仪表接口 9和电源插口 10。实施例3 实施例1所述的抽油机多用途能效分析仪，所述的数据处理及人机接口电路包括芯片11，型号S3C2440，所述的芯片一侧连接数据存储器12，所述的芯片一侧连接程序存储器13，所述的芯片上部连接触摸屏14和液晶显示屏15，所述的芯片上部连接以太网接口 16 和数据接口 17。实施例4 一种抽油机多用途能效分析仪的测量方法，利用平衡比即抽油机上冲程平均功率与抽油机电机下冲程平均功率之比；实现平衡比的测量关键是实现抽油机冲程功率的准确测量，以及上点和下点位置的正确确定；在下冲程点功率因数最小，并且功率值也在最小值附近，结合下冲程近似时间，可以正确判断出功率曲线上的下死点的位置；上冲程点的判断则根据电机转速输出功率曲线，并利用上冲程距离与下冲程距离相等的条件计算获得上冲程点的位置，可以看出抽油机的输入功率具有周期性，循环往复，曲线的最低点就是下冲程位置，关键是如何确定上冲程在功率图中所对应的时间；在抽油机运动系统中，电机带动转轴转动，转轴带动曲柄运动，曲柄驱动连杆运动，而连杆带动游梁以支点为中心转动， 游梁绕支点转动带动光杆的直线运动；很显然，在某一时间各运动机构的位置参数及运动参数是确定的，即电机的转动与光杆的直线位移存在有严格的单值对应关系，上冲程和下冲程在速度上也存在有准确的对应关系，这种比例关系通过实验的方法的确定；即V=K-Hν——光杆的直线运动速度η·——电机转速K——比例系数在相同时间内光杆的位移和电机旋转的长度也存在相同的比例！；通过对抽油机的功率测量，可以准确的知道抽油机一个冲程用的时间t，总路程由物理学速度与位移关系式S6 = ^v{t)dt = K^ndt通过电机转速可以计算出总路程。实施例5:实施例4所述的抽油机多用途能效分析仪的测量方法，所述的上冲程点和下冲程
点的计算方法，根据％积分方程式求解出一个冲程的路程，利用上冲程路程与下冲程路程
相等的条件，根据抽油机功率曲线，从下冲程时间点开始积分，当积分值等于半个冲程所对应的时间点就为上冲程点，即[0053]
权利要求1.一种抽油机多用途能效分析仪，其组成包括壳体，其特征是所述的壳体内装有电源电路，所述的电源电路连接信号转换及调理电路、数据采集控制电路和数据处理及人机接口电路。
2.根据权利要求1所述的抽油机多用途能效分析仪，其特征是所述的壳体具有正面和背面，所述的正面上部具有仪器触摸屏液晶显示器，所述的正面上部具有连接仪器电源开关和电源指示灯，所述的背面具有外接仪表接口和电源插口。
3.根据权利要求1所述的抽油机多用途能效分析仪，其特征是所述的数据处理及人机接口电路包括芯片，型号S3C2440，所述的芯片一侧连接数据存储器，所述的芯片一侧连接程序存储器，所述的芯片上部连接触摸屏和液晶显示屏，所述的芯片上部连接以太网接口和数据接口。
专利摘要抽油机多用途能效分析仪。抽油机是油田石油开采的主要设备，也是油田主要的电能消耗源之一，在采油成本中，抽油机电费占30%左右。通过分析调整，确定最好的能效发挥效能，是亟待解决的重大问题。一种抽油机多用途能效分析仪，其组成包括壳体(1)，所述的壳体内装有电源电路(2)，所述的电源电路连接信号转换及调理电路(3)、数据采集控制电路(4)和数据处理及人机接口电路(5)。本实用新型用于抽油机能效分析及测量。
文档编号G01R21/00GK202256486SQ20112023269
公开日2012年5月30日 申请日期2011年7月4日 优先权日2011年7月4日
发明者吕东方, 张立富, 袁峰 申请人:黑龙江大学