CN101924515A - 抽油机悬停调速技术 - Google Patents

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本发明涉及一种抽油机调速技术，尤其是一种抽油机悬停调速技术。提供一种在抽油机运转到势能最高位置之前，用双向可控电路关闭抽油电动机交流电源，使抽油机减速停车的抽油机悬停调速技术。其通过双向晶闸管(1)和可控整流电路(2)对抽油机的电动机(3)进行交、直流混合控制。利用抽油机的力矩不平衡特征，使抽油机运动部分短时间停止在重力势能的高位置。经过一定的延时后利用重力势能与机械动能的转换原理实现了抽油机的轻载起动，起到了调整抽油机冲次的作用。此调速方法结构简单，不需要对抽油机和电动机进行任何改动，就可以实现抽油机调速，该调速方法投资少、调速范围广、节能效果明显，适用于各种类型的直线式抽油机。

Description

抽油机悬停调速技术
一、技术领域：本发明涉及一种抽油机调速技术，尤其是一种抽油机悬停调速技术。
二、背景技术：抽油机是一种常见的采油设备，它的作用是将电动机的圆周运动转换成抽油杆的往复式直线运动，从而带动地下抽油泵的工作。由于地下液体供给情况是变化的，为了使地下油藏资源能够持续开采，经常需要调整抽油机的提液量，调整的主要手段就是改变抽油机往复运动的时间，简称抽油机调速。抽油机调速可分为以下几种方式：1、机械调速，包括更换皮带轮调速、切换齿轮调速。2、电动机调速，包括电动机变极调速、磁离合器调速、直流电机调速。3、变频调速。机械调速操作复杂，存在问题是不能连续调速。电动机调速需要特制的电动机，存在问题是电动机效率低，调速范围窄。变频调速设备造价高，存在问题是附加损耗大，对电网有谐波污染。除抽油机调速外，有些抽油机采用间歇工作方式代替抽油机调速，同样可以达到控制提液量的目的。但是由于电动机自然停机，停机后抽油机的运动部分总是处在势能最低位置，每次电动机起动都是重负载状态，电动机重负载启动效率低下，不适用于频繁起动。如果能解决的电动机重负载起动问题，就可以用电动机短时间歇工作方式代替抽油机的其他调速方式。
三、发明内容：本发明的目的就是针对现有技术存在的缺陷，提供一种在抽油机运转到势能最高位置之前，用双向可控电路关闭抽油电动机交流电源，使抽油机减速停车的抽油机悬停调速技术。其技术方案是：在抽油机的一个冲程中，利用抽油机力矩不平衡特征，采用双向可控电路和可控整流电路对抽油机电动机进行交、直流交替控制，实现抽油机的负载运行、减速停车、悬停等待、轻载起动的周期控制。在抽油机运动部分的重力势能增加到最大值之前关闭双向晶闸管使抽油机运动部分的动能转化成重力势能，实现减速停车；在抽油机重力势能达到最高位置时由可控整流电路向电动机注入直流制动电流使抽油机停止在高重力势能位置；经过一段延时后取消制动电流，借助抽油杆或配重物的重力回落及双向可控电路的软启动控制，实现电动机的自加速轻载再启动。
为了能实现抽油电动机的轻负荷起动，使抽油机能工作在短时间歇工作状态起到抽油机调速作用，本发明设计了一种抽油机悬停调速控制流程。本发明实现抽油机悬停调速的技术依据是：抽油机负荷是一个不平衡负荷，在抽油机运行过程中，抽油机的重力势能即抽油杆和配重物位置，和抽油机的机械动能即电动机、抽油杆和配重物速度，之间周期性的转换。利用抽油机能量转换特性可以实现抽油机的低损耗频繁起动和停止，起到抽油机调速的作用，而这项技术的关键就是能使抽油机运动部分停在高势能位置的悬停技术。
在抽油机运转到势能最高位置之前，用双向可控电路关闭抽油电动机交流电源，使抽油机减速停车；当抽油机运转到势能最高位置时动能基本耗尽，此时向电动机注入少量的直流电流就可以使抽油机停在高势能位置；经过一段延时后取消直流电流，抽油机在重力势能的作用下自动回落并带动电动机重新转动，实现抽油机往复运动的时间控制。
采用上述技术方案后不用对原抽油机进行任何改动只需对电动机的控制电路稍加变动就可以实现抽油机调速，该调速方法投资少、调速范围广、节能效果明显，适用于各种类型的直线式抽油机。
四、附图说明：附图1为本发明的原理图；
              附图2为是本发明的应用实施例图。
五、具体实施方式：在抽油机的一个冲程中，利用抽油机力矩不平衡特征，采用双向可控电路和可控整流电路对抽油机电动机进行交、直流交替控制，实现抽油机的负载运行、减速停车、悬停等待、轻载起动的周期控制。在抽油机运动部分的重力势能增加到最大值之前关闭双向晶闸管使抽油机运动部分的动能转化成重力势能，实现减速停车；在抽油机重力势能达到最高位置时由可控整流电路向电动机注入直流制动电流使抽油机停止在高重力势能位置；经过一段延时后取消制动电流，借助抽油杆或配重物的重力回落及双向可控电路的软启动控制，实现电动机的自加速轻载再启动。
为了能实现抽油电动机的轻负荷起动，使抽油机能工作在短时间歇工作状态起到抽油机调速作用，本发明设计了一种抽油机悬停调速控制流程。本发明实现抽油机悬停调速的技术依据是：抽油机负荷是一个不平衡负荷，在抽油机运行过程中，抽油机的重力势能即抽油杆和配重物位置，和抽油机的机械动能即电动机、抽油杆和配重物速度，之间周期性的转换。利用抽油机能量转换特性可以实现抽油机的低损耗频繁起动和停止，起到抽油机调速的作用，而这项技术的关键就是能使抽油机运动部分停在高势能位置的悬停技术。
在抽油机运转到势能最高位置之前，用双向可控电路关闭抽油电动机交流电源，使抽油机减速停车；当抽油机运转到势能最高位置时动能基本耗尽，此时向电动机注入少量的直流电流就可以使抽油机停在高势能位置；经过一段延时后取消直流电流，抽油机在重力势能的作用下自动回落并带动电动机重新转动，实现抽油机往复运动的时间控制。
如附图中所示控制装置6可以检测抽油杆上止点位置接近开关4和抽油杆上止点超前位置接近开关5的状态，可以控制双向晶闸管1和可控整流电路2的电流。抽油机调速控制装置6的工作过程为：抽油杆自下向上行走到上止点以前某位置时装置检测到测抽油杆上止点位置接近开关4的信号随即关闭双向晶闸管1。由于抽油机的惯性抽油杆继续上行，当到达上止点时，控制装置6检测到抽油杆上止点超前位置接近开关5的信号随即开通可控整流电路2向电动机3注入制动电流，电动机3停止转动。根据事先给定的调速要求确定制动电流的通入时间，时间到关闭可控整流电路2，而后电动机3主要在抽油机重力势能的作用下加速起动，双向晶闸管1逐步开通，在电动机3达到接近额定转速时将双向晶闸管1全部开通，电动机3进入全电压工作状态。
抽油杆上止点位置接近开关4的位置由现场调整，应保证靠抽油机的惯性抽油杆能到达上止点。也不要因抽油杆上止点位置接近开关4太靠近上止点，使抽油杆到达上止点后电动机3仍保持很高的转速，尽量减小抽油机悬停所需要的直流电流，减少电动机制动带来的损耗。当对抽油机速度的调整不大时，也可以不加直流制动电流，通过电动机3的减速和加速过程实现调速。

Claims (3)

1.一种抽油机悬停调速技术，其特征在于：在抽油机的一个冲程中，利用抽油机力矩不平衡特征，采用双向可控电路和可控整流电路对抽油机电动机进行交、直流交替控制，实现抽油机的负载运行、减速停车、悬停等待、轻载起动的周期控制。
2.根据权利要求1所述的抽油机悬停调速技术，其特征在于：在抽油机运动部分的重力势能增加到最大值之前关闭双向晶闸管使抽油机运动部分的动能转化成重力势能，实现减速停车；在抽油机重力势能达到最高位置时由可控整流电路向电动机注入直流制动电流使抽油机停止在高重力势能位置；经过一段延时后取消制动电流，借助抽油杆或配重物的重力回落及双向可控电路的软启动控制，实现电动机的自加速轻载再启动。
3.根据权利要求2所述的抽油机悬停调速技术，其特征在于：在抽油机运转到势能最高位置之前，用双向可控电路关闭抽油电动机交流电源，使抽油机减速停车；当抽油机运转到势能最高位置时动能基本耗尽，此时向电动机注入少量的直流电流就可以使抽油机停在高势能位置；经过一段延时后取消直流电流，抽油机在重力势能的作用下自动回落并带动电动机重新转动，实现抽油机往复运动的时间控制。
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