游梁式抽油机平衡自动调整装置及自动控制方法
【专利摘要】一种游梁式抽油机平衡自动调整装置及自动控制方法，其自动调整装置包括：电机、蜗轮蜗杆减速器、推力轴承、观察窗、平衡块、驱动丝杠、平衡箱、导电滑环、控制柜。所述的平衡箱为长方体，内部安装与其滑动配合并能够往复移动的平衡块、设有用于观测平衡块位置的观察窗，平衡块通过平衡箱内部的驱动丝杠控制往复移动，驱动丝杠的一端连接电机，电机通过蜗轮蜗杆减速器与驱动丝杠联接，驱动丝杠两端设有推力轴承。本发明利用机械传动和电气自动控制技术，驱动平衡块在曲柄上位置的移动，实现能量的储存与释放，实现游梁式抽油机平衡的快速、准确调整，达到节约电能、延长抽油机使用寿命的目的，并减轻采油工人的劳动强度，保障油田安全生产。
【专利说明】游梁式抽油机平衡自动调整装置及自动控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及石油机械领域，具体而言是一种游梁式抽油机平衡自动调整装置及自动控制方法。
【背景技术】
[0002]在油田的日常生产工作中，衡量游梁式抽油机能耗和使用寿命的一个重要指标是抽油机的平衡状况，而抽油机在一个工作循环内载荷是不均匀的，抽油机在工作过程中或多或少会处在不平衡的状态下运行对于已无法通过自身平衡配置来进行平衡调节的在役抽油机，则会通过在抽油机上安装平衡调节装置的方式来继续调节平衡。
[0003]游梁式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也不平衡，并且差别较大，为了改善这种不平衡状态，节约电能，游梁式抽油机都设计在抽油机曲柄上安装平衡重，但是由于平衡重的配重是固定的，而油井的工况是变化的，再加上平衡重机构的机械调整受到现场诸多条件的限制，使抽油机不能及时完全达到平衡的状态，因此在实际运行中，电机往往处于两种工作状态，即电动状态和倒发电状态。倒发电能量在电-机-电反复转换的过程中，既造成了一定能量损失又会对大网的正常供电造成一定程度的扰动，同时使电网与电机的功率因数再一次降低。近十几年来，很多油田都研制了各种调平衡装置和工具来对在役常规游梁抽油机进行平衡调整以便节能和延长抽油机的使用寿命，而这些调平衡装置仅仅局限于机械方面的实现和调平衡工具的优化，
比如通过更换不同的平衡重，且平衡调节仍需要人工操作来完成。采油工人的劳动强度大，高空作业采油工人调平衡时从曲柄上掉下的情况偶尔有之，存在着安全隐患。
【发明内容】
[0004]本发明的目的就是针对上述存在的问题，设计一种游梁式抽油机平衡自动调整装置及自动控制方法。
[0005]游梁式抽油机平衡自动调整装置及自动控制方法，其自动调整装置包括:电机、蜗轮蜗杆减速器、推力轴承、观察窗、平衡块、驱动丝杠、平衡箱、导电滑环、控制柜。所述的游梁式抽油机平衡自动调整装置的平衡箱为长方体，内部安装与其滑动配合并能够往复移动的平衡块、设有用于观测平衡块位置的观察窗，平衡块通过贯穿平衡箱内部的驱动丝杠控制往复移动，驱动丝杠的一端连接电机，电机通过蜗轮蜗杆减速器与驱动丝杠联接，驱动丝杠两端设有推力轴承。
[0006]上述游梁式抽油机平衡自动调整装置及自动控制方法中的电机为24V直流电机。
[0007]上述游梁式抽油机平衡自动调整装置及自动控制方法中的导电滑环固定部分由导线与控制柜连接，活动部分由导线与电机连接，导电滑环安装在减速箱输出轴上，位于减速箱与曲柄之间。
[0008]上述游梁式抽油机平衡自动调整装置及自动控制方法中的控制柜设有中央处理器以及与其第一输入端依次连接的电量计量模块、电流及电压数据采集模块，与其第二输入端连接的用于判断抽油机上或下冲程的信号采集模块，所述中央处理器的第一输出端用于输出电机的正反转以及时间信号并与电机的控制电路连接、第二输出端用于输出测试周期信号并与数据采集模块连接。
[0009]上述游梁式抽油机平衡自动调整装置及自动控制方法，其自动控制方法:
首先，通过电流互感器和电压测量装置分别检测电流和电压，分别采集抽油机在上、下冲程时的电压及电流信息，并将电压以及电流信号输入数据采集模块，然后将采集的电压及电流信息输入电量计量模块并在此计量电能，然后输入中央处理器，同时在抽油机上安装用于判断抽油机上下冲程的信号采集模块，采集到的上或下冲程状态，状态的信息也输入到中央处理器中，采用往复多个冲程累加计算抽油机上、下冲程所做的有用功，计算得到当前抽油机的平衡率。
[0010]其次，将上述平衡率与设定的平衡率进行比较，如果平衡率未达到设定的标准范围内，即确定平衡块的移动方向及距离，然后输出电机的正反转信号以及转动时间信号给电机的控制电路，通过控制电机的转向、转速以及时间，实现平衡块在平衡箱内移动，调整抽油机至平衡状态；
第三，设定平衡率测试周期h，如果平衡率达到设定的范围内，则输出测试周期信号，确定下一次信号采集的时间，定期重复上述步骤。
[0011]第四，抽油机平衡自动控制器计算过程
采用三相三线两元件测量方法，合相功率计算公式为
P = Uab X Ia + Ucb X Ic
式中:P—合相功率kw.h
Uab一a相与b相电压，V
Ia —a相电流，A
Ucb一c相与b相电压，V
Ic一c相电流，A
平衡度计算:当A1 <A2时，B = A1A2 X 100%，范围O?100%
当 A1 > A2 时，B = A2A1X 100%，范围 O ?100%
式中:
B—平衡度％
A1 一上冲程有功电能kw.h，
A2一下冲程有功电能kw.h，
连续测量10次，取累加平均值；理想状态下，A1=A2, B = 100%
当平衡度B大于Bmax时，抽油机为平衡，无需调整调整距尚计算:S=B设一B测X δ 式中:
S—调整距离 B^-一设定平衡度％
BiIij一测量平衡度％ δ —调整时间，秒
本发明的有益效果是:依据力矩平衡原理和游梁式抽油机的平衡调节技术，结合机械传动和电气控制理论，移动平衡块在抽油机曲柄上位置的改变，实现能量的储存与释放，从而达到有效平衡井下液柱与地面生产情况变化后产生的油井不平衡的状况。通过自动控制机构自动检测抽油机上、下冲程的平衡率，并与设定值进行比较，自动控制机构输出信号驱动电机正、反转，驱动平衡箱内的平衡块移动，实现游梁式抽油机平衡的快速、准确调整，达到节约电能、延长抽油机使用寿命的目的，并减轻采油工人的劳动强度，保障油田安全生产。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1-本发明主视全剖结构示意图图2-本发明现场应用结构示意图
图3-本发明控制原理框图图4-本发明工作原理框图
图中，1.电机，2.蜗轮蜗杆减速器，3.推力轴承，4.观察窗，5.平衡块，6.驱动丝杠，7.平衡箱，8.导电滑环，9.控制柜，10.游梁式抽油机平衡自动调整装置，11.曲柄，12.抽油机，13.井口。
【具体实施方式】
[0013]为进一步公开本发明的技术方案，下面结合附图通过实施例作详细说明:
游梁式抽油机平衡自动调整装置及自动控制方法，其自动调整装置由电机1、蜗轮蜗杆减速器2、推力轴承3、观察窗4、平衡块5、驱动丝杠6、平衡箱7、导电滑环8、控制柜9组成。所述的游梁式抽油机平衡自动调整装置的平衡箱7为长方体，内部安装与其滑动配合并能够往复移动的平衡块5、设有用于观测平衡块5位置的观察窗4，平衡块5通过贯穿平衡箱7内部的驱动丝杠6控制往复移动，驱动丝杠6的一端连接24V直流电机1，电机I通过蜗轮蜗杆减速器2与驱动丝杠5联接，驱动丝杠5两端设有推力轴承2。导电滑环8固定部分通过导线与控制柜9连接，滑动部分通过导线与电机I连接，安装在减速箱输出轴上，位于减速箱与曲柄11之间。平衡箱7及电机1、蜗轮蜗杆减速器2、平衡块5、驱动丝杠6，牢固安装在抽油机曲柄11的上、下两侧。
[0014]游梁式抽油机平衡自动调整装置及自动控制方法中的控制柜9的中央处理器CPU以及与其第一输入端依次连接电量计量模块、电流及电压数据采集模块，与其第二输入端连接的用于判断抽油机上、下冲程的信号采集模块，中央处理器的电机I正、反装信号输出端与电机I的控制电路连接。通过电流互感器和电压测量装置分别检测电流和电压，并将电压以及电流信号输入数据采集模块，然后将采集的电压及电流信息输入电量计量模块并在此计量电能，然后输入中央处理器，同时在抽油机上安装的用于判断抽油机上、下冲程的信号采集模块(比如接近开关)，采集到的上、下冲程的信息也输入到中央处理器中，中间
处理器根据收到的电量计量信息以及上、下冲程信息进行处理，分别计量抽油机上、下冲程所做的有用功Ap A2,并将往复多个冲程累加计量，然后计算平衡率B，并与设定的平衡率进行比较，如果平衡率B未达到设定的标准范围内，即确定平衡块5的移动方向及距离S，然后输出电机I的正、反转信号(即控制平衡块5的移动方向)以及转动时间秒信号给电机I的控制电路(电机的转速移动，通过控制转动时间来控制平衡块5的移动距离S)；如果平衡率B达到设定的范围内，则输出测试周期信号(即设定的定期信号采集时间)，确定下一次信号采集的时间(测试周期可以根据实际情况确定，可以为几小时，也可以是几十小时)。
【权利要求】
1.一种游梁式抽油机平衡自动调整装置及自动控制方法，其自动调整装置包括:电机(I)、蜗轮蜗杆减速器(2)、推力轴承(3)、观察窗(4)、平衡块(5)、驱动丝杠(6)、平衡箱(7)、导电滑环(8)、控制柜(9);其特征是:所述的游梁式抽油机平衡自动调整装置的平衡箱(7)为长方体，内部安装与其滑动配合并能够往复移动的平衡块(5)、设有用于观测平衡块(5)位置的观察窗(4)，平衡块(5)通过贯穿平衡箱(7)内部的驱动丝杠(6)控制往复移动，驱动丝杠(6 )的一端连接电机(I)，电机(I)通过蜗轮蜗杆减速器(2 )与驱动丝杠(5 )联接，驱动丝杠(5 )两端设有推力轴承(2 )。
2.根据权利要求1所述的游梁式抽油机平衡自动调整装置及自动控制方法，其特征是:所述的电机(I)为24V直流电机。
3.根据权利要求1所述的游梁式抽油机平衡自动调整装置及自动控制方法，其特征是:所述的导电滑环(8)固定部分通过导线与控制柜(9)连接，活动部分通过导线与电机(I)连接。
4.根据权利要求1所述的游梁式抽油机平衡自动调整装置及自动控制方法，其特征是:所述的控制柜(9)设有中央处理器(CPU)以及与其第一输入端依次连接的电量计量模块、电流及电压数据采集模块，与其第二输入端连接的用于判断抽油机上或下冲程的信号米集模块，所述中央处理器的第一输出端用于输出电机的正反转以及时间信号并与电机的控制电路连接、第二输出端用于输出测试周期信号并与数据采集模块连接。
5.根据权利要求1所述的游梁式抽油机平衡自动调整装置及自动控制方法，其自动控制方法: 首先，通过电流互感器和电压测量装置分别检测电流和电压，分别采集抽油机在上、下冲程时的电压及电流信息，并将电压以及电流信号输入数据采集模块，然后将采集的电压及电流信息输入电量计量模块并在此计量电能，然后输入中央处理器，同时在抽油机上安装用于判断抽油机上下冲程的信号采集模块，采集到的上或下冲程状态，状态的信息也输入到中央处理器中，采用往复多个冲程累加计算抽油机上、下冲程所做的有用功，计算得到当前抽油机的平衡率；其次，将上述平衡率与设定的平衡率进行比较，如果平衡率未达到设定的标准范围内，即确定平衡块(5)的移动方向及距离，然后输出电机(I)的正反转信号以及转动时间信号给电机(I)的控制电路，通过控制电机(I)的转向、转速以及时间，实现平衡块在(5)平衡箱(7)内移动，调整抽油机至平衡状态；第三，设定平衡率测试周期h，如果平衡率达到设定的范围内，则输出测试周期信号，确定下一次信号采集的时间，定期重复上述步骤；第四，抽油机平衡自动控制器计算过程 采用三相三线两元件测量方法，合相功率计算公式为 P = Uab X Ia + Ucb X Ic 平衡度计算:当A1 <A2时，B = AI/A2 X 100%,范围O?100% 当 A1 > A2 时，B = A2A1X 100%,范围 O ?100% 式中:B—平衡度％ A1 一上冲程有功电能kw.h， A2一下冲程有功电能kw.h， 连续测量10次，取累加平均值；理想状态下，A1=A2, B = 100% ； 当平衡度B大于Bmax时，抽油机为平衡，无需调整调整距尚计算:S=B设一B测X δ式中:S—调整距尚B^-一设定平衡度％BiIij一测量平衡度％δ —调整时间，秒。
【文档编号】E21B43/00GK104265247SQ201410534549
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年10月11日 优先权日:2014年10月11日
【发明者】陈洪维, 隋学旭, 宋慧芳 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司孤岛采油厂