专利名称：采油机的平衡自动调整控制方法
技术领域：
本发明涉及一种采油机自动控制方法。
传统抽油机采用游梁方式，前置式或后置式驱动运行。由于是曲柄带动连杆运行，无法自由改变配重量，所以固定载荷平衡比非常不好，不平衡力运行时比较大，浪费电能，致使抽油机的运行有较大的功率浪费在自身的运行上。采油功率明显降低。运行时产生的动载荷也无法进行计算和平衡。
采油机运行主要有两种载荷，静载荷和动载荷。静载荷包括抽油杆柱重力载荷，作用在活塞上的液柱载荷。静载荷是固定载荷，可以通过采油机的装配(平衡配重)达到100％平衡。动载荷包括惯性载荷，摩擦载荷，振动载荷等，动载荷是采油机运行时产生的不固定载荷，动态影响因素非常多。包括采油机本身的运行方式，平衡方式，井况、油藏情况，深井泵的自由振动和采油机的强迫振动等等。传统抽油机由于无法计算动载荷的具体参数，所以在载荷计算上基本忽略。
本发明的目的在于提供一种根据动态载荷，调整采油机动态运行平衡比，来提高采油机大载荷运行能力的采油机的平衡自动调整控制方法。
本发明的方法如下(1)利用安装在悬绳器上的悬点载荷传感器、安装在平衡配重箱上的配重载荷传感器向计算机提供悬点载荷、配重载荷数值及他们之间的平衡比；(2)利用安装在天量变频驱动器上，并与电机连接的电流传感器，测出采油机带载运行时，悬点载荷与配重载荷在抽程、回程交替运行时耗电数值及他们之间的电流平衡差，并提供给计算机；(3)利用安装在驱动轴端面上的位置传感器，向可编程序控制器输送采油机抽程、回程交替运行时冲程距离数值；(4)上述电流传感器、载荷传感器、位置传感器将采油机运行时抽程、回程的动态电流、动态载荷在冲程距离位置上的变化数值自动输入计算机，通过计算机算出有功功率、无功功率、平衡比，计算机通过调整冲程距离，冲程不同位置点上的抽程速度，回程速度，使采油机运行时产生的惯性载荷、振动载荷、摩擦载荷在悬点最大载荷与最小载荷之间进行动态平衡调整，保持采油机动态运行的存放平衡系数处在最佳数值。
计算机通过可编程序控制器，驱动变频器改变电机运行速度或运行距离通过调整抽程速度与冲程距离，及抽程不同位置点上的速度，导致抽程惯性载荷值、摩擦载荷值、振动载荷值改变，使平均抽程载荷值改变；通过调整回程速度与冲程距离，及回程不同位置点上的速度，导致回程惯性载荷值、摩擦载荷值、振动载荷值改变，使平均回程载荷值改变；以上平均抽程载荷值、平均回程荷荷值的改变，导致动态平衡比的改变；通过调整抽程速度与冲程距离，及抽程不同位置点上的速度，导致抽程惯性载荷电流值、摩擦载荷电流值、振动载荷电流值改变，使平均抽程载荷电流值改变；通过调整回程速度与冲程距离，及回程不同位置点上的速度，导致回程惯性载荷电流值、摩擦载荷电流值、振动载荷电流值改变，使平均回程载荷电流值改变；上述平均抽程载荷电流值和平均回程载荷电流值的改变，使动态平均功率比改变。
本发明可对采油机工作运行时，平衡系数自动计算，分析、识别、调整、控制，满足了不同井况对采油机采油时动态平衡系数的要求。有效地降低采油机运行时的电耗，根据不同井况对采油机的功率要求，最大限度地提高采油机的有功功率，减少无功功率，达到采油机运行中节能、高效的目的。
图面说明
图1是本发明的平衡调整控制原理图。
附图中1是后随动轮、2是电机、3是减速机、4是前随动轮、5是编码位置传感器、6是皮带、7是配重行程距离、8是悬绳器、9是油摩擦力、10是抽程、11是采油机冲程距离、12是变频驱动器、13是可编程序控制器、14是回程、15是显示器、16是油管内油重量、17是打印机、18是电源、19是平衡配重箱、20是抽油杆重量、21是抽油泵、22是活塞重量、23是液面浮力、24是回程、25是泵冲程距离、26是泵底、27是抽程、28是配重载荷传感器、29是悬点载荷传感器、30是电流传感器、31是计算机。
本方法采用(1)悬点载荷传感器(29)安装在悬绳器(8)上，连接在计算机(31)。配重载荷传感器(28)安装在平衡配重箱(19)上，连接在计算机(31)。在接通电源(18)后显示器(15)自动显示悬点载荷(29)配重载荷(28)及他们之间平衡比。他们的运动方式是电机(2)驱动减速机(3)带动驱动轮旋转，驱动轮通过皮带(6)、前随动轮(4)带动悬绳器(8)、抽油杆柱(20)、活塞(22)进行进行抽程(27)(上)、回程(24)(下)往复运动。同时驱动轮通过皮带(32)、后随动轮(1)带动平衡配重箱(19)进行下、上往复运动(与悬绳器做相反方向平衡运动)。悬点运动距离(采油机冲程距离)(11)与配重行程(7)距离相等。
采油机安装时必须按照重量比进行装配，使悬点载荷与配重载荷(停机时)达到静态平衡(悬点载荷值/配重载荷值＝静平衡比)。并在显示器(15)上显示出平衡数值，平衡比。
采油机的(停止)静态平衡公式配重载荷(19)＝抽油杆柱载荷(20)+活塞载荷(22)采油机的(运行抽程)动态公式配重载荷(19)≤抽油杆柱载荷(20)+活塞载荷(22)+油管内油柱载荷(16)+摩擦载荷(9)+惯性载荷+振动载荷采油机的(运行回程)动态公式配重载荷(19)≥抽油杆柱载荷(20)+活塞载荷(22)-抽油杆柱与油柱摩擦载荷(9)-油液浮力(23)+惯性载荷-振动载荷平均抽程载荷值/平均回程载荷值＝动态平衡比平均抽程电流/平均回程电流＝动态平均功率比(2)电流传感器(30)安装在矢量变频驱动器上，与电机(2)连接。采油机带载运行时，显示器(15)自动显示悬点(29)载荷与配重(28)载荷交替运行时耗电数值及曲线图及他们之间的电流平衡差。
(3)位置传感器安装在驱动轴端面上，与可编程序控制器(13)连接，采油机(1)运行时，显示器(15)自动显示进行抽程(27)(上)、回程(24)(下)交替运行时冲程距离数值位置点。
电流传感器(30)、载荷传感器(28、29)、位置编码传感器(5)将采油机运行时抽程(10)、回程(14)的动态电流、动态载荷在冲程距离位置上的变化数值自动输入计算机，经过存储、处理、自动计算出采油机有功功率、无功功率、有效电流、无效电流、有效平衡系数。并显示在显示器(15)上。根据具体井况和地下油藏情况对采油机平衡系数的要求，计算机通过调整冲程距离，冲程不同位置点上的抽程速度，回程速度。使采油机运行时产生的惯性载荷、振动载荷、摩擦载荷(统称动载荷)在悬点最大载荷与最小载何之间进行动态平衡调整，使采油机动态运行的有效平衡系数处在最佳数值。由于动态平衡系数的提高，使电流得到平衡、有效功率得到提高。有效地降低采油机运行的电耗，提高采油机的有效功率。并可根据需要由打印机(17)将运行数据及图形打印出来。
自动调整控制方法如下采油机运行中出现不平衡，计算机根据动平衡仿真模型进行问题分类识别并发出调整指令，可编程序控制器则按照计算机的指令，驱动变频器改变电机运行速度或运行距离。
通过调整抽程速度与冲程距离，及抽程不同位置点上的速度→导致抽程惯性载荷值、摩擦载荷值、振动载荷值改变；惯性载荷、摩擦载荷、震动载荷的改变，使平均抽程载荷值改变；平均抽程载荷值改变→导致动态平衡比的改变。
通过调整回程速度与冲程距离，及回程不同位置点上的速度→导致回程惯性载荷值、摩擦载荷值、振动载荷值改变；惯性载荷、摩擦载荷、震动载荷的改变，使平均回程载荷值改变；平均回程载荷值改变→导致动态平衡比的改变。
通过调整抽程速度与冲程距离，及抽程不同位置点上的速度→导致抽程惯性载荷电流值、摩擦载荷电流值改变；振动载荷电流值改主；惯性载荷、摩擦载荷、震动载荷的改变，使平均抽程载荷电流值改变；平均抽程载荷电流值改变→导致动态功率比的改变。
通过调整回程速度与冲程距离，及回程不同位置点上的速度→导致回程惯性载荷电流值、摩擦载荷电流值改变；振动载荷电流值改变；惯性载荷、摩擦载荷、震动载荷的改变，使平均回程载荷电流值改变；平均回程载荷电流值改变→导致动态功率比的改变。
运行步骤如下①启动电源。
②现场装配采油机，使配重载荷与悬点载荷平衡。
③启动采油机运行，检测采油机显示器上，采油机动态运行时的悬点载荷与配重载荷的具体动态平衡变化数值。
④检测采油机动态平衡比是否在合理范围内。
⑤根据计算机分析、计算的动态平衡差，启动调整程序自动调整最大、最小载荷的变化。直至动态载荷、动态电流、动态平衡达到最佳运行点。该动态电流曲线值、载荷曲线值即是该采油机最佳运行平衡点。
⑥将该平衡点值在计算机进行存储，该点即是采油机的基本平衡数值码。
⑦采用模式识别方法对动态平衡数值码进行特征分析，模糊、仿真。
⑧将该基本平衡数值码编入自适应控制系统，使采油机在动态运行中自动寻找最佳平衡数值码。
⑨采油机根据控制系统的指令，在采油运行过程中始终运行在最佳平衡点上，最佳耗电点上，实现最佳运行功率。
⑩采油机进入自适应控制程序，最佳正常运行状态。
载荷与速度与行程距离与电流之间的关系表示为一个物理常量。
速度加大，重力加速度增大。
载荷加大，重力加速度增大。
距离加长，重力加速度增大。反之速度减小，重力加速度减小。
载荷减小，重力加速度减小。
距离减小，重力加速度减小。
动态平衡比，是运行载荷比，最佳范围数值是(悬点载荷(动)-悬点静载荷)/(配重载荷-悬点静载荷)≈1/2，(最佳数值)最佳范围为0～1之间向1/2逼近的趋向范围。
动态平均功率比，是运行电流比，最佳范围数值是抽程平均电流＝回程平均电流，为100％，(最佳数值)最佳范围为0.8≤1≤1.2，向1逼近的趋向范围。
权利要求
1.一种采油机的平衡自动调整控制方法，其特征在于(1)利用安装在悬绳器上的悬点载荷传感器、安装在平衡配重箱上的配重载荷传感器向计算机提供悬点载荷、配重载荷数值及他们之间的平衡比；(2)利用安装在矢量变频驱动器上，并与电机连接的电流传感器，测出采油机带载运行时，悬点载荷与配重载荷在抽程、回程交替运行时耗电数值及他们之间的电流平衡差，并提供给计算机；(3)利用安装在驱动轴端面上的位置传感器，向可编程序控制器输送采油机抽程、回程交替运行时冲程距离数值；(4)上述电流传感器、载荷传感器、位置传感器将采油机运行时抽程、回程的动态电流、动态载荷在冲程距离位置上的变化数值输入计算机，通过计算机算出有功功率、无功功率、平衡比，计算机通过调整冲程距离，冲程不同位置点上的抽程速度，回程速度，使采油机运行时产生的惯性载荷、振动载荷、摩擦载荷在悬点最大载荷与最小载荷之间进行动态平衡调整，保持采油机动态运行的平衡比系数处在最佳数值。
2.如权利要求1所述的一种采油机的平衡自动调控制方法，其特征在于计算机通过可编程序控制器，驱动变频器改变电机运行速度或运行距离；通过调整抽程速度与冲程距离，及抽程不同位置点上的速度，导致抽程惯性载荷值、摩擦载荷值、振动载荷值改变，使平均抽程载荷值改变；通过调整回程速度与冲程距离，及回程不同位置点上的速度，导致回程惯性载荷值、摩擦载荷值、振动载荷值改变，使平均回程载荷值改变；以上平均抽程载荷值、平均回程荷荷值的改变，导致动态平衡比的改变；通过调整抽程速度与冲程距离，及抽程不同位置点上的速度，导致抽程惯性载荷电流值、摩擦载荷电流值、振动载荷电流值改变，使平均抽程载荷电流值改变；通过调整回程速度与冲程距离，及回程不同位置点上的速度，导致回程惯性载荷电流值、摩擦载荷电流值、振动载荷电流值改变，使平均回程载荷电流值改变；上述平均抽程载荷电流值和平均回程载荷电流值的改变，使动态平均功率比改变。
全文摘要
本发明涉及一种采油机的平衡自动调整控制方法。本发明采用悬点载荷传感器、配重载荷传感器测出悬点载荷与配重载荷之数值,在采油机带载运行时电流传感器、载荷传感器、编码位置传感器将抽程、回程的动态电流、载荷变化数值输入计算机,计算出有效功率、无效功率等平衡系数,并进行自动控制。本发明能有效地降低采油机运行的电耗,提高采油机的有效功率。
文档编号F04B49/06GK1355384SQ00133610
公开日2002年6月26日 申请日期2000年11月29日 优先权日2000年11月29日
发明者卢旭, 李莹 申请人:卢旭, 李莹