本发明涉及油田生产用游梁式抽油机，特别是涉及到一种抽油机快速自动调节平衡方法。
背景技术：
由于油井的特性，游梁式抽油机运行在上冲程和下冲程时悬点载荷差较大。减速箱输出轴运动一周，悬点完成一个冲次过程。游梁式抽油机的四连杆机构使得悬点载荷传递到减速箱输出轴上，形成的扭矩随着转动角度也发生变化，导致在减速箱输出轴上产生交替的扭矩，尤其是悬点运行在上下行程，扭矩差别较大，系统运行的不均衡性对减速箱、电机、抽油机等产生较大影响，降低了系统的稳定性及机械寿命。
油田生产抽油机通常采用平衡配重来降低上下行过程中减速箱输出轴扭矩差，通过调节配重的位置或者配重的重量使抽油机运行处于平衡状态，使电机、减速箱的载荷均匀变化，减少不平衡扭矩对抽油机系统产生的危害。生产现场通常采用电机电流峰值法计算油井平衡度，手动停机调节平衡配重在曲柄上的位置。存在平衡不能一次调节到位，调节合格率低，人工操作过程中平衡块易脱落，存在安全隐患等问题，人工操作效率低，停井操作影响油井生产。为此我们发明了一种新的抽油机快速自动调节平衡方法，解决了以上技术问题。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种基于具有电动调节平衡配重位置的抽油机，检测悬点载荷、游梁倾角、电参数等数据的抽油机快速自动调节平衡方法。
本发明的目的可通过如下技术措施来实现：抽油机快速自动调节平衡方法，该抽油机快速自动调节平衡方法包括：步骤1，采集数据，计算减速箱输出轴扭矩；步骤2，根据上下冲程扭矩峰值差值情况计算平衡度；步骤3，判断平衡度是否超出范围；步骤4，判断调节方向；步骤5，根据平衡度大小计算调节距离，使平衡度达到设定范围内；步骤6，输出控制信号，为平衡配重调节方向和调节距离。
本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：
在步骤1，根据电机输入功率及转速计算减速器输出转矩：
其中：t1--减速器输出转矩；
p--电机输入功率；
n--电机转速；
i--减速器减速比；
η--减速器使用系数。
在步骤1，根据油井悬点载荷、悬点位置计算减速器输出转矩：
其中：t2--减速器输出转矩；
k1--抽油机游梁前臂长度；
k--抽油机游梁后臂长度；
p--悬点载荷；
r--曲柄半径；
q曲--曲柄重量；
α--连杆与曲柄的夹角；
β--游梁与连杆夹角；
在步骤2，计算减速箱上下冲程扭矩，然后计算出上下冲程扭矩的平均值，再进行加权平均，得到上下冲程的扭矩；根据上下冲程扭矩峰值差值情况计算平衡度：
tupmax＝bt1upmax+(1-b)t2upmax(4)
tdownmax＝bt1downmax+(1-b)t2downmax(5)
(1)当0＜d＜e时
h＝h0
(2)当d≥e时
h＝ch0+(1-c)h1
其中：tup--减速箱上冲程扭矩；
t1up--由悬点、配重载荷计算出的减速箱上冲程扭矩；
t2up--由电机功率计算出的减速箱上冲程扭矩；
tdown--减速箱下冲程扭矩；
t1down--由悬点、配重载荷计算出的减速箱下冲程扭矩；
t2down--由电机功率计算出的减速箱下冲程扭矩；
tupmax--减速箱上冲程扭矩峰值；
t1upmax--由悬点、配重载荷计算出的减速箱上冲程扭矩峰值；
t2upmax--由电机功率计算出的减速箱上冲程扭矩峰值；
tdownmax--减速箱下冲程扭矩峰值；
t1downmax--由悬点、配重载荷计算出的减速箱下冲程扭矩峰值；
t2downmax--由电机功率计算出的减速箱下冲程扭矩峰值；
a--加权系数，0＜a＜1；
b--加权系数，0＜b＜1；
c--加权系数，0＜c＜1；
d--上下冲程峰值扭矩差与上行程峰值扭矩比；
e--上下冲程峰值扭矩差与上行程峰值扭矩比值上限；
h0--平均扭矩平衡度；
h1--峰值扭矩平衡度；
h--综合扭矩平衡度。
在步骤3，设置平衡度下限值h0、上限值h1；当综合扭矩平衡度h＜h0或h＞h1时，对平衡调节方向进行调整，流程进入到步骤4，否则进入步骤1，采集生产数据。
在步骤4，当出现欠平衡情况时，将平衡配重向外即远离减速器输出轴方向移动，增大平衡力矩；当出现过平衡情况时，将平衡配重向内即靠近减速器输出轴方向移动，减小平衡力矩。
在步骤5，将电机功率进行傅里叶变换，根据悬点载荷及配重的运动特性，计算平衡配重所需调整距离，将平衡配重一次调整到位，实现不停机调节平衡。
在步骤5，抽油机的功率曲线为随冲程周期连续变化的函数，满足狄利斯利条件，展开成收敛的傅立叶级数；
(1)将电机功率进行傅里叶变换
其中：ω--电机旋转角速度；
p(t)--电机瞬时功率；
(2)电机做功为油井举升系统提供动力，悬点下行时，电机做功与悬点势能同时驱动平衡块转动，由平衡块产生的电机输入功率是：
其中：ω--曲柄轴角速度；
g--平衡配重总重量；
l--平衡块重心半径；
n--减速箱减速比；
η1--电机效率；
η2--电机至减速箱的传动效率；
根据公式(8)，电机功率经过傅里叶变换后，一阶正弦分量的系数b1如下：
根据公式(9)，平衡配重移动δl增加或减少的电机功率：
令傅里叶变换的一阶正弦分量系数与平衡变化导致电机功率增量的正弦系数相等：
得到平衡移动距离：
本发明中的抽油机快速自动调节平衡方法，涉及装有可移动平衡配重的游梁式抽油机，该方法计算抽油机平衡度，当平衡度不能满足设定范围要求时，判断平衡配重需要调整的方向，计算平衡配重需要移动的距离。本发明中的抽油机快速自动调节平衡方法，对减速箱输出轴扭矩进行双向计算，将平均扭矩及峰值扭矩相结合，形成综合扭矩平衡判断法；根据悬点载荷及配重的运动特性，采用傅里叶变换法计算平衡配重所需调整距离，将平衡配重一次调整到位；实现不停机调节平衡，降低操作风险，提高调节效率。
附图说明
图1为本发明的抽油机快速自动调节平衡方法的一具体实施例的流程图。
具体实施方式
为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图所示，作详细说明如下。
如图1所示，图1为本发明的抽油机快速自动调节平衡方法的流程图。
在步骤101，采集数据，计算减速箱输出轴扭矩。采集电机输入功率、转速，以及悬点位移、载荷等数据，采用两种方法分别计算出减速箱输出轴扭矩。
(1)根据电机输入功率及转速计算减速器输出转矩：
其中：t1--减速器输出转矩；
p--电机输入功率；
n--电机转速；
i--减速器减速比；
η--减速器使用系数。
(2)根据油井悬点载荷、悬点位置计算减速器输出转矩：
其中：t2--减速器输出转矩；
k1--抽油机游梁前臂长度；
k--抽油机游梁后臂长度；
p--悬点载荷；
r--曲柄半径；
q曲--曲柄重量；
α--连杆与曲柄的夹角；
β--游梁与连杆夹角；
在步骤102，计算平衡度。
分别采用以上两种方法计算出减速箱上下冲程扭矩，然后计算出上下冲程扭矩的平均值，再进行加权平均，得到上下冲程的扭矩。根据上下冲程扭矩峰值差值情况计算平衡度：
tupmax＝bt1upmax+(1-b)t2upmax(4)
tdownmax＝bt1downmax+(1-b)t2downmax(5)
(1)当0＜d＜e时
h＝h0
(2)当d≥e时
h＝ch0+(1-c)h1
其中：tup--减速箱上冲程扭矩；
t1up--由悬点、配重载荷计算出的减速箱上冲程扭矩；
t2up--由电机功率计算出的减速箱上冲程扭矩；
tdown--减速箱下冲程扭矩；
t1down--由悬点、配重载荷计算出的减速箱下冲程扭矩；
t2down--由电机功率计算出的减速箱下冲程扭矩；
tupmax--减速箱上冲程扭矩峰值；
t1upmax--由悬点、配重载荷计算出的减速箱上冲程扭矩峰值；
t2upmax--由电机功率计算出的减速箱上冲程扭矩峰值；
tdownmax--减速箱下冲程扭矩峰值；
t1downmax--由悬点、配重载荷计算出的减速箱下冲程扭矩峰值；
t2downmax--由电机功率计算出的减速箱下冲程扭矩峰值；
a--加权系数，0＜a＜1；
b--加权系数，0＜b＜1；
c--加权系数，0＜c＜1；
d--上下冲程峰值扭矩差与上行程峰值扭矩比；
e--上下冲程峰值扭矩差与上行程峰值扭矩比值上限；
h0--平均扭矩平衡度；
h1--峰值扭矩平衡度；
h--综合扭矩平衡度。
在步骤103，判断平衡度是否超出范围。
设置平衡度下限值h0、上限值h1。当h＜h0或h＞h1时，对平衡调节方向进行调整，流程进入到步骤104，否则进入步骤101，采集生产数据。
在步骤104，判断调节方向。
当出现欠平衡情况时，将平衡配重向外(远离减速器输出轴方向)移动，增大平衡力矩；当出现过平衡情况时，将平衡配重向内(靠近减速器输出轴方向)移动，减小平衡力矩。流程进入到步骤105。
在步骤105，计算调节距离。
根据平衡度大小计算调节距离，使平衡度达到设定范围内。具体做法是：将电机功率进行傅里叶变换，根据悬点载荷及配重的运动特性，计算平衡配重所需调整距离，将平衡配重一次调整到位，实现不停机调节平衡，降低操作风险，提高调节效率。
抽油机的功率曲线是一个随冲程周期连续变化的函数，满足狄利斯利条件，可以展开成收敛的傅立叶级数。
(1)将电机功率进行傅里叶变换
其中：ω--电机旋转角速度；
p(t)--电机瞬时功率；
(2)电机做功为油井举升系统提供动力。悬点下行时，电机做功与悬点势能同时驱动平衡块转动，由平衡块产生的电机输入功率是：
其中：ω--曲柄轴角速度；
g--平衡配重总重量；
l--平衡块重心半径；
n--减速箱减速比；
η1--电机效率；
η2--电机至减速箱的传动效率；
根据公式(8)，电机功率经过傅里叶变换后，一阶正弦分量的系数b1如下：
根据公式(9)，平衡配重移动δl增加或减少的电机功率：
令傅里叶变换的一阶正弦分量系数与平衡变化导致电机功率增量的正弦系数相等：
得到平衡移动距离：
流程进入到步骤106。
在步骤106，输出控制信号，主要为平衡配重调节方向和调节距离。