CN105422081A

CN105422081A - 基于角度关系计算抽油机悬点运动角度的方法和装置

Info

Publication number: CN105422081A
Application number: CN201410490307.4A
Authority: CN
Inventors: 任桂山; 王存博; 赵�智; 徐国安
Original assignee: China Petroleum and Natural Gas Co Ltd
Current assignee: China Petroleum and Natural Gas Co Ltd
Priority date: 2014-09-23
Filing date: 2014-09-23
Publication date: 2016-03-23
Anticipated expiration: 2034-09-23
Also published as: CN105422081B

Abstract

本发明公开了一种基于角度关系计算抽油机悬点运动角度的方法和装置，属于油气田工程自动化技术领域。将曲柄轴中心与游梁支点的连线作为指定杆，将连杆轴中心与游梁支点的连线作为运动杆，该方法包括：计算该指定杆的长度以及该指定杆与该支架之间的第一夹角；在抽油机的运行过程中，测量曲柄运动角度；计算该指定杆与该运动杆之间的第二夹角；计算该游梁后臂与该运动杆之间的第三夹角；根据该第一夹角、该第二夹角和该第三夹角，计算悬点的运动角度。本发明避免了直接测量位移的弊端，计算的运动角度和位移数据更加精准，计算方式简便快捷，提高了测量准确度，节省了维护位移传感器的成本，也无需打断正常的产油秩序，避免了对产油效率的影响。

Description

基于角度关系计算抽油机悬点运动角度的方法和装置

技术领域

本发明涉及油气田工程自动化技术领域，特别涉及一种基于角度关系计算抽油机悬点运动角度的方法和装置。

背景技术

利用抽油机抽油是石油生产过程中最前端的工艺过程，及时掌握抽油机的运行状态对石油的生产和管理工作有着重要的意义。

为了掌握抽油机的运行状态，可以先停止运行抽油机，在抽油机的悬点安装位移传感器，根据位移传感器测量到的位移信号，确定悬点的位移，从而确定抽油机的运行状态。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

停止运行抽油机时，打断了正常的产油秩序，易影响产油效率。进一步地，位移传感器测量位移信号时很容易受到外部环境的影响，当悬点振动严重时，位移传感器测得的位移信号噪声含量较高且不稳定，测量准确度低。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种基于角度关系计算抽油机悬点运动角度的方法和装置。所述技术方案如下：

第一方面，提供了一种基于角度关系计算抽油机悬点运动角度的方法，将曲柄轴中心与游梁支点的连线作为指定杆，将连杆轴中心与游梁支点的连线作为运动杆；所述方法包括：

根据所述曲柄轴中心与支架之间的水平距离以及支架高度，计算所述指定杆的长度，以及所述指定杆与所述支架之间的第一夹角；

在抽油机的运行过程中，测量曲柄运动角度；

根据所述曲柄运动角度、曲柄半径、所述指定杆的长度，计算所述指定杆与所述运动杆之间的第二夹角；

根据连杆长度、游梁后臂长度、所述曲柄运动角度、所述曲柄半径、所述指定杆的长度，计算所述游梁后臂与所述运动杆之间的第三夹角；

根据所述第一夹角、所述第二夹角和所述第三夹角，计算悬点的运动角度。

可选地，根据所述第一夹角、所述第二夹角和所述第三夹角，计算悬点的运动角度之后，所述方法还包括：

根据所述悬点的运动角度和游梁前臂长度，计算所述悬点的位移。

可选地，根据所述曲柄运动角度、曲柄半径、所述指定杆的长度，计算所述指定杆与所述运动杆之间的第二夹角包括：

根据所述曲柄运动角度、所述曲柄半径、所述指定杆的长度，应用以下公式，计算所述指定杆与所述运动杆之间的第二夹角：

β = \arccos \frac{m^{2} - m \cdot r \cdot \cos (x)}{m \cdot \sqrt{m^{2} + r^{2} - 2 m \cdot r \cdot \cos (x)}};

其中，β表示所述第二夹角，m表示所述指定杆的长度，r表示所述曲柄半径，x表示所述曲柄运动角度。

可选地，根据连杆长度、游梁后臂长度、所述曲柄运动角度、所述曲柄半径、所述指定杆的长度，计算所述游梁后臂与所述运动杆之间的第三夹角包括：

根据所述连杆长度、所述游梁后臂长度、所述曲柄运动角度、所述曲柄半径、所述指定杆的长度，应用以下公式，计算所述游梁后臂与所述运动杆之间的第三夹角：

γ = \arccos \frac{c^{2} + m^{2} + r^{2} - 2 m \cdot r \cdot \cos (x) {- p}^{2}}{2 c \cdot \sqrt{m^{2} + r^{2} - 2 m \cdot r \cdot \cos (x)}};

其中，γ表示所述第三夹角，c表示所述游梁后臂长度，m表示所述指定杆的长度，r表示所述曲柄半径，x表示所述曲柄运动角度，p表示所述连杆长度。

可选地，根据所述第一夹角、所述第二夹角和所述第三夹角，计算悬点的运动角度包括：

根据所述第一夹角、所述第二夹角和所述第三夹角，应用以下公式，计算所述悬点的运动角度：

θ = \{\begin{matrix} α + β + γ - \frac{π}{2}, 0 \leq x \leq π \\ α - β + γ - \frac{π}{2}, π < x \leq 2 π \end{matrix};

其中，θ表示悬点的运动角度，α表示所述第一夹角，β表示所述第二夹角，γ表示所述第三夹角，x表示所述曲柄运动角度。

第二方面，提供了一种基于角度关系计算抽油机悬点运动角度的装置，将曲柄轴中心与游梁支点的连线作为指定杆，将连杆轴中心与游梁支点的连线作为运动杆；所述装置包括：

第一计算模块，用于根据所述曲柄轴中心与支架之间的水平距离以及支架高度，计算所述指定杆的长度，以及所述指定杆与所述支架之间的第一夹角；

测量模块，用于在抽油机的运行过程中，测量曲柄运动角度；

第二计算模块，用于根据所述曲柄运动角度、曲柄半径、所述指定杆的长度，计算所述指定杆与所述运动杆之间的第二夹角；

第三计算模块，用于根据连杆长度、游梁后臂长度、所述曲柄运动角度、所述曲柄半径、所述指定杆的长度，计算所述游梁后臂与所述运动杆之间的第三夹角；

第四计算模块，用于根据所述第一夹角、所述第二夹角和所述第三夹角，计算悬点的运动角度。

可选地，所述装置还包括：

位移计算模块，用于根据所述悬点的运动角度和游梁前臂长度，计算所述悬点的位移。

可选地，所述第二计算模块用于根据所述曲柄运动角度、所述曲柄半径、所述指定杆的长度，应用以下公式，计算所述指定杆与所述运动杆之间的第二夹角：

β = \arccos \frac{m^{2} - m \cdot r \cdot \cos (x)}{m \cdot \sqrt{m^{2} + r^{2} - 2 m \cdot r \cdot \cos (x)}};

可选地，所述第三计算模块用于根据所述连杆长度、所述游梁后臂长度、所述曲柄运动角度、所述曲柄半径、所述指定杆的长度，应用以下公式，计算所述游梁后臂与所述运动杆之间的第三夹角：

γ = \arccos \frac{c^{2} + m^{2} + r^{2} - 2 m \cdot r \cdot \cos (x) {- p}^{2}}{2 c \cdot \sqrt{m^{2} + r^{2} - 2 m \cdot r \cdot \cos (x)}};

可选地，所述第四计算模块用于根据所述第一夹角、所述第二夹角和所述第三夹角，应用以下公式，计算所述悬点的运动角度：

θ = \{\begin{matrix} α + β + γ - \frac{π}{2}, 0 \leq x \leq π \\ α - β + γ - \frac{π}{2}, π < x \leq 2 π \end{matrix};

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明实施例提供的方法和装置，通过测量曲柄运动角度，将曲柄轴中心与游梁支点的连线作为指定杆，将连杆轴中心与游梁支点的连线作为运动杆，基于抽油机的结构参数的数学角度关系，计算第一夹角、第二夹角和第三夹角，根据该第一夹角、第二夹角和第三夹角，计算出悬点的运动角度，只需测量该曲柄运动角度即可计算得到悬点的运动角度，避免了直接测量悬点位移的弊端，计算出的运动角度和位移数据更加精准，且不受外界环境的影响，计算方式简便快捷，提高了测量准确度，便于对抽油机进行实时地监控和分析。且无需在悬点处安装位移传感器，测量方式更为简单，节省了维护位移传感器的成本，也无需打断正常的产油秩序，避免了对产油效率的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种抽油机的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种基于角度关系计算抽油机悬点运动角度的方法的流程图；

图3是本发明实施例提供的一种基于角度关系计算抽油机悬点运动角度的方法的流程图；

图4A是本发明实施例提供的曲柄运动角度为0时抽油机的状态示意图；

图4B是本发明实施例提供的在曲柄运动的前半周期且驴头在水平线下方时抽油机的状态示意图；

图4C是本发明实施例提供的在曲柄运动的前半周期且驴头在水平线上方时抽油机的状态示意图；

图4D是本发明实施例提供的曲柄运动角度为π时抽油机的状态示意图；

图4E是本发明实施例提供的在曲柄运动的后半周期且驴头在水平线上方时抽油机的状态示意图；

图4F是本发明实施例提供的在曲柄运动的后半周期且驴头在水平线下方时抽油机的状态示意图；

图5是本发明实施例提供的一种基于角度关系计算抽油机悬点运动角度的装置结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在说明本发明实施例中的技术方案之前，首先对本发明实施例涉及的抽油机进行如下介绍：

参见图1，抽油机包括刹车装置1，动力电机2，减速箱皮带轮3，减速箱4，输入轴5，中间轴6，曲柄轴中心7，曲柄8，连杆轴中心9，支架10，曲柄平衡块11，连杆12，横梁轴中心13，横梁14，游梁平衡块15，游梁16，游梁支点17，驴头18，悬点19，抽油机底座20。

其中，连杆轴中心9用于连接曲柄8和连杆12，支架10通过游梁支点17支撑游梁16，游梁16包括游梁前臂161和游梁后臂162，游梁16通过横梁轴中心13、横梁14与游梁后臂162连接，驴头18与游梁前臂162连接，用于悬挂悬点19。

在抽油机的运行过程中，动力电机2工作，带动曲柄8以曲柄轴中心7为轴运动，通过连杆轴中心9带动连杆12运动，连杆12通过横梁轴中心13和横梁14带动游梁16运动，从而带动悬点19运动，则根据悬点19的运行角度和位移中的至少一项，可以确定抽油机的运行状态。在此过程中，曲柄轴中心7、支架10和游梁支点17的位置并不会发生变化。

图2是本发明实施例提供的一种基于角度关系计算抽油机悬点运动角度的方法的流程图。参见图2，将曲柄轴中心与游梁支点的连线作为指定杆，将连杆轴中心与游梁支点的连线作为运动杆；该方法包括：

201、根据该曲柄轴中心与支架之间的水平距离以及支架高度，计算该指定杆的长度，以及该指定杆与该支架之间的第一夹角。

202、在抽油机的运行过程中，测量曲柄运动角度。

203、根据该曲柄运动角度、曲柄半径、该指定杆的长度，计算该指定杆与该运动杆之间的第二夹角。

204、根据连杆长度、游梁后臂长度、该曲柄运动角度、该曲柄半径、该指定杆的长度，计算该游梁后臂与该运动杆之间的第三夹角。

205、根据该第一夹角、该第二夹角和该第三夹角，计算悬点的运动角度。

本发明实施例提供的方法，通过测量曲柄运动角度，将曲柄轴中心与游梁支点的连线作为指定杆，将连杆轴中心与游梁支点的连线作为运动杆，基于抽油机的结构参数的数学角度关系，计算第一夹角、第二夹角和第三夹角，根据该第一夹角、第二夹角和第三夹角，计算出悬点的运动角度，只需测量该曲柄运动角度即可计算得到悬点的运动角度，避免了直接测量悬点位移的弊端，计算出的运动角度和位移数据更加精准，且不受外界环境的影响，计算方式简便快捷，提高了测量准确度，便于对抽油机进行实时地监控和分析。且无需在悬点处安装位移传感器，测量方式更为简单，节省了维护位移传感器的成本，也无需打断正常的产油秩序，避免了对产油效率的影响。

可选地，根据该第一夹角、该第二夹角和该第三夹角，计算悬点的运动角度之后，该方法还包括：

根据该悬点的运动角度和游梁前臂长度，计算该悬点的位移。

可选地，根据该曲柄运动角度、曲柄半径、该指定杆的长度，计算该指定杆与该运动杆之间的第二夹角包括：

根据该曲柄运动角度、该曲柄半径、该指定杆的长度，应用以下公式，计算该指定杆与该运动杆之间的第二夹角：

β = \arccos \frac{m^{2} - m \cdot r \cdot \cos (x)}{m \cdot \sqrt{m^{2} + r^{2} - 2 m \cdot r \cdot \cos (x)}};

其中，β表示该第二夹角，m表示该指定杆的长度，r表示该曲柄半径，x表示该曲柄运动角度。

可选地，根据连杆长度、游梁后臂长度、该曲柄运动角度、该曲柄半径、该指定杆的长度，计算该游梁后臂与该运动杆之间的第三夹角包括：

根据该连杆长度、该游梁后臂长度、该曲柄运动角度、该曲柄半径、该指定杆的长度，应用以下公式，计算该游梁后臂与该运动杆之间的第三夹角：

γ = \arccos \frac{c^{2} + m^{2} + r^{2} - 2 m \cdot r \cdot \cos (x) {- p}^{2}}{2 c \cdot \sqrt{m^{2} + r^{2} - 2 m \cdot r \cdot \cos (x)}};

其中，γ表示该第三夹角，c表示该游梁后臂长度，m表示该指定杆的长度，r表示该曲柄半径，x表示该曲柄运动角度，p表示该连杆长度。

可选地，根据该第一夹角、该第二夹角和该第三夹角，计算悬点的运动角度包括：

根据该第一夹角、该第二夹角和该第三夹角，应用以下公式，计算该悬点的运动角度：

θ = \{\begin{matrix} α + β + γ - \frac{π}{2}, 0 \leq x \leq π \\ α - β + γ - \frac{π}{2}, π < x \leq 2 π \end{matrix};

其中，θ表示悬点的运动角度，α表示该第一夹角，β表示该第二夹角，γ表示该第三夹角，x表示该曲柄运动角度。

上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本发明的可选实施例，在此不再一一赘述。

图3是本发明实施例提供的一种基于角度关系计算抽油机悬点运动角度的方法的流程图。参见图3，将曲柄轴中心与游梁支点的连线作为指定杆，将连杆轴中心与游梁支点的连线作为运动杆，该方法包括：

301、根据该曲柄轴中心与支架之间的水平距离以及支架高度，计算该指定杆的长度，以及该指定杆与该支架之间的第一夹角。

图4A-图4F是本发明实施例提供的曲柄运动过程中抽油机的状态示意图，图4A是本发明实施例提供的曲柄运动角度为0时抽油机的状态示意图，图4B是本发明实施例提供的在曲柄运动的前半周期且驴头在水平线下方时抽油机的状态示意图。

其中，O为曲柄轴中心，A为连杆轴中心，B为横梁轴中心，O1为游梁支点，D为驴头，则OA为曲柄，AB为连杆，BO1为游梁后臂，O1D为游梁前臂，O1E为支架。需要说明的是，本实施例中，将曲柄轴中心O与游梁支点O1相连，将曲柄轴中心O与游梁支点O1之间的连线OO1作为指定杆，将连杆轴中心A与游梁支点O1相连，将连杆轴中心A与游梁支点O1之间的连线AO1作为运动杆。

参见图4B，根据该曲柄轴中心与支架之间的水平距离OE以及支架O1E的高度，可以应用以下公式，计算该指定杆OO1的长度：

m = \sqrt{I^{2} + H^{2}};

其中，m表示该指定杆OO1的长度，I表示该曲柄轴中心与该支架之间的水平距离，H表示该支架高度。

并应用以下公式，计算该指定杆OO1与该支架O1E之间的第一夹角：

α = \arccos \frac{H}{\sqrt{I^{2} + H^{2}}};

α表示该第一夹角。

302、在抽油机的运行过程中，测量曲柄运动角度。

本实施例中，在抽油机的运行过程中，曲柄OA围绕曲柄轴中心O转动，曲柄的运动角度也在不断发生变化，以曲柄OA与该指定杆OO1之间的角度来表示曲柄的运动角度，则测量该曲柄运动角度，以便计算出驴头D与水平线之间的夹角。

可选地，在曲柄轴中心O安装转速表，通过该转速表，测量该曲柄运动角度，或者采用其他方式，测量该曲柄运动角度，本发明实施例对该曲柄运动角度的测量方式不做限定。

与在驴头D的悬点处安装位移传感器，以测量悬点的位移相比，测量该曲柄运动角度的方式更为简单，且曲柄振动很少，降低了测量信号的噪声含量，提高了测量信号的稳定性，且无需打断正常的产油秩序，避免了对产油效率的影响。

303、根据该曲柄运动角度、曲柄半径、该指定杆的长度，计算该指定杆与该运动杆之间的第二夹角。

参见图4B，对于三角形OAO1，根据余弦定理可以得出：m²+d²-r²＝2m·d·cos(β)；其中，β表示该第二夹角，m表示该指定杆的长度，r表示该曲柄半径，d表示该运动杆的长度。则根据曲柄半径r、该指定杆的长度m、该运动杆的长度d，可以应用以下公式，计算该指定杆OO1与该运动杆AO1之间的第二夹角β：

β = \arccos \frac{m^{2} + d^{2} - r^{2}}{2 m \cdot d};

但是，由于在曲柄运动过程中，随着该曲柄运动角度x不断变化，该运动杆的长度d也在不断发生变化，d并不是一个固定的值。为了便于计算该第二夹角，可以将该运动杆的长度d以曲柄半径r、该指定杆的长度m和该曲柄运动角度x表示。

对于三角形OAO1，根据余弦定理还可以得出：2m·r·cos(x)＝m²+r²-d²，则

d = \sqrt{m^{2} + r^{2} - 2 m \cdot r \cdot \cos (x)},

代入

β = \arccos \frac{m^{2} + d^{2} - r^{2}}{2 m \cdot d}

中，可以得出：

β = \arccos \frac{m^{2} - m \cdot r \cdot \cos (x)}{m \cdot \sqrt{m^{2} + r^{2} - 2 m \cdot r \cdot \cos (x)}};

则根据该曲柄运动角度x、该曲柄半径r、该指定杆的长度m，可以直接应用公式计算该指定杆与该运动杆之间的第二夹角β。

进一步地，基于上述步骤301中的公式代入

β = \arccos \frac{m^{2} - m \cdot r \cdot \cos (x)}{m \cdot \sqrt{m^{2} + r^{2} - 2 m \cdot r \cdot \cos (x)}};

中，可以得出：

β = \arccos \frac{(I^{2} + H^{2}) - r \sqrt{I^{2} + H^{2}} \cos (x)}{\sqrt{I^{2} + H^{2}} \cdot \sqrt{r^{2} + I^{2} + H^{2} - 2 r \sqrt{I^{2} + H^{2}} \cos (x)}};

则根据该曲柄运动角度x、该曲柄半径r、该曲柄轴中心与支架之间的水平距离I、支架高度H，可以直接应用公式

β = \arccos \frac{(I^{2} + H^{2}) - r \sqrt{I^{2} + H^{2}} \cos (x)}{\sqrt{I^{2} + H^{2}} \cdot \sqrt{r^{2} + I^{2} + H^{2} - 2 r \sqrt{I^{2} + H^{2}} \cos (x)}},

计算该指定杆与该运动杆之间的第二夹角β。

在抽油机的运行过程中，该曲柄轴中心与支架之间的水平距离I、支架高度H和该曲柄半径r都是固定不变的，只需测量该曲柄运动角度x，即可应用公式，计算出该指定杆与该运动杆之间的第二夹角，计算方式准确快捷。

304、根据连杆长度、游梁后臂长度、该曲柄运动角度、该曲柄半径、该指定杆的长度，计算该游梁后臂与该运动杆之间的第三夹角。

参见图4B，对于三角形ABO1，根据余弦定理可以得出：c²+d²-p²＝2c·d·cos(γ)；其中，γ表示该第三夹角，c表示该游梁后臂长度，d表示该运动杆的长度，p表示该连杆长度。则根据该连杆长度p、该游梁后臂长度c、该运动杆的长度d，可以应用以下公式，计算该游梁后臂BO1与该运动杆AO1之间的第三夹角γ：

γ = \arccos \frac{c^{2} + d^{2} - p^{2}}{2 c \cdot d} .

基于上述公式

d = \sqrt{m^{2} + r^{2} - 2 m \cdot r \cdot \cos (x)},

代入

γ = \arccos \frac{c^{2} + d^{2} - p^{2}}{2 c \cdot d},

可以得出：

γ = \arccos \frac{c^{2} + m^{2} + r^{2} - 2 m \cdot r \cdot \cos (x) {- p}^{2}}{2 c \cdot \sqrt{m^{2} + r^{2} - 2 m \cdot r \cdot \cos (x)}},

即根据该连杆长度p、该游梁后臂长度c、该曲柄运动角度x、该曲柄半径r和该指定杆的长度m，可以直接应用公式计算该游梁后臂BO1与该运动杆AO1之间的第三夹角γ。

进一步地，基于上述步骤301中的公式代入

γ = \arccos \frac{c^{2} + m^{2} + r^{2} - 2 m \cdot r \cdot \cos (x) {- p}^{2}}{2 c \cdot \sqrt{m^{2} + r^{2} - 2 m \cdot r \cdot \cos (x)}}

中，可以得出：

γ = \arccos \frac{c^{2} + I^{2} + H^{2} + r^{2} - 2 \sqrt{I^{2} + H^{2}} \cdot r \cdot \cos (x) {- p}^{2}}{2 c \cdot \sqrt{I^{2} + H^{2} + r^{2} - 2 \sqrt{I^{2} + H^{2}} \cdot r \cdot \cos (x)}};

则根据该连杆长度p和该游梁后臂长度c、该曲柄运动角度x、该曲柄半径r、该曲柄轴中心与支架之间的水平距离I、该支架高度H，可以直接应用公式

γ = \arccos \frac{c^{2} + I^{2} + H^{2} + r^{2} - 2 \sqrt{I^{2} + H^{2}} \cdot r \cdot \cos (x) {- p}^{2}}{2 c \cdot \sqrt{I^{2} + H^{2} + r^{2} - 2 \sqrt{I^{2} + H^{2}} \cdot r \cdot \cos (x)}},

计算该第三夹角γ。

305、根据该第一夹角、该第二夹角和该第三夹角，计算悬点的运动角度。

图4C是本发明实施例提供的在曲柄运动的前半周期且驴头在水平线上方时抽油机的状态示意图，图4D是本发明实施例提供的曲柄运动角度为π时抽油机的状态示意图，图4E是本发明实施例提供的在曲柄运动的后半周期且驴头在水平线上方时抽油机的状态示意图，图4F是本发明实施例提供的在曲柄运动的后半周期且驴头在水平线下方时抽油机的状态示意图。

参见图4B和图4C，在抽油机的曲柄运动的前半周期，该第二夹角β为正值，参见图4A和图4D，该曲柄运动角度为0或π时，该第二夹角β为0，参见图4E和图4F，在抽油机的曲柄运动的后半周期，该第二夹角β为负值。

则根据该第一夹角、该第二夹角和该第三夹角，应用以下公式，计算该悬点的运动角度：

θ = \{\begin{matrix} α + β + γ - \frac{π}{2}, 0 \leq x \leq π \\ α - β + γ - \frac{π}{2}, π < x \leq 2 π \end{matrix};

其中，θ表示悬点的运动角度。

即当0≤x≤π时，可以该连杆长度p和该游梁后臂长度c、该曲柄运动角度x、该曲柄半径r、该曲柄轴中心与支架之间的水平距离I、该支架高度H，应用以下公式，计算悬点的运动角度θ：

\begin{matrix} θ = α + β + γ - \frac{π}{2} \\ = \arccos \frac{H}{\sqrt{I^{2} + H^{2}}} + \arccos \frac{(I^{2} + H^{2}) - r \sqrt{I^{2} + H^{2}} \cos (x)}{\sqrt{I^{2} + H^{2}} \cdot \sqrt{r^{2} + I^{2} + H^{2} - 2 r \sqrt{I^{2} + H^{2}} \cos (x)}} + \arccos \frac{c^{2} + I^{2} + H^{2} + r^{2} - 2 \sqrt{I^{2} + H^{2}} \cdot r \cdot \cos (x) {- p}^{2}}{2 c \cdot \sqrt{I^{2} + H^{2} + r^{2} - 2 \sqrt{I^{2} + H^{2}} \cdot r \cdot \cos (x)}} - \frac{π}{2} \end{matrix}

而当π<x≤2π时，可以该连杆长度p和该游梁后臂长度c、该曲柄运动角度x、该曲柄半径r、该曲柄轴中心与支架之间的水平距离I、该支架高度H，应用以下公式，计算悬点的运动角度θ：

\begin{matrix} θ = α + β + γ - \frac{π}{2} \\ = \arccos \frac{H}{\sqrt{I^{2} + H^{2}}} - \arccos \frac{(I^{2} + H^{2}) - r \sqrt{I^{2} + H^{2}} \cos (x)}{\sqrt{I^{2} + H^{2}} \cdot \sqrt{r^{2} + I^{2} + H^{2} - 2 r \sqrt{I^{2} + H^{2}} \cos (x)}} + \arccos \frac{c^{2} + I^{2} + H^{2} + r^{2} - 2 \sqrt{I^{2} + H^{2}} \cdot r \cdot \cos (x) {- p}^{2}}{2 c \cdot \sqrt{I^{2} + H^{2} + r^{2} - 2 \sqrt{I^{2} + H^{2}} \cdot r \cdot \cos (x)}} - \frac{π}{2} \end{matrix}

306、根据该悬点的运动角度和游梁前臂长度，计算该悬点的位移。

具体地，根据该悬点的运动角度θ和游梁前臂长度n，应用以下公式，计算该悬点的位移s：s＝n·sinθ。该悬点的位移可以体现悬点相对于游梁支点所在水平线的相对位置关系。且，根据该悬点的运动角度和位移，可以确定抽油机当前的运行状态。

本发明实施例中，采用易测量的曲柄运动角度，实施更加方便，将直接测量转化为便于测量的曲柄运动角度与几何算法结合的间接推算，采用严格的数学角度关系，计算悬点的运动角度和位移，提高了数据准确度，避免了在悬点处直接测量时的弊端以及振动的外部环境对数据的干扰。

本发明实施例提供的方法和装置，通过测量曲柄运动角度，将曲柄轴中心与游梁支点的连线作为指定杆，将连杆轴中心与游梁支点的连线作为运动杆，基于抽油机的结构参数的数学角度关系，计算第一夹角、第二夹角和第三夹角，根据该第一夹角、第二夹角和第三夹角，计算出悬点的运动角度以及悬点的位移，只需测量该曲柄运动角度即可计算得到悬点的运动角度，避免了直接测量悬点位移的弊端，计算出的运动角度和位移数据更加精准，且不受外界环境的影响，计算方式简便快捷，提高了测量准确度，便于对抽油机进行实时地监控和分析。且无需在悬点处安装位移传感器，测量方式更为简单，节省了维护位移传感器的成本，也无需打断正常的产油秩序，避免了对产油效率的影响。

图5是本发明实施例提供的一种基于角度关系计算抽油机悬点运动角度的装置结构示意图，参见图5，将曲柄轴中心与游梁支点的连线作为指定杆，将连杆轴中心与游梁支点的连线作为运动杆，该装置包括：

第一计算模块501，用于根据该曲柄轴中心与支架之间的水平距离以及支架高度，计算该指定杆的长度，以及该指定杆与该支架之间的第一夹角；

测量模块502，用于在抽油机的运行过程中，测量曲柄运动角度；

第二计算模块503，用于根据该曲柄运动角度、曲柄半径、该指定杆的长度，计算该指定杆与该运动杆之间的第二夹角；

第三计算模块504，用于根据连杆长度、游梁后臂长度、该曲柄运动角度、该曲柄半径、该指定杆的长度，计算该游梁后臂与该运动杆之间的第三夹角；

第四计算模块505，用于根据该第一夹角、该第二夹角和该第三夹角，计算悬点的运动角度。

可选地，该装置还包括：

位移计算模块，用于根据该悬点的运动角度和游梁前臂长度，计算该悬点的位移。

可选地，该第二计算模块503用于根据该曲柄运动角度、该曲柄半径、该指定杆的长度，应用以下公式，计算该指定杆与该运动杆之间的第二夹角：

β = \arccos \frac{m^{2} - m \cdot r \cdot \cos (x)}{m \cdot \sqrt{m^{2} + r^{2} - 2 m \cdot r \cdot \cos (x)}};

可选地，该第三计算模块504用于根据该连杆长度、该游梁后臂长度、该曲柄运动角度、该曲柄半径、该指定杆的长度，应用以下公式，计算该游梁后臂与该运动杆之间的第三夹角：

γ = \arccos \frac{c^{2} + m^{2} + r^{2} - 2 m \cdot r \cdot \cos (x) {- p}^{2}}{2 c \cdot \sqrt{m^{2} + r^{2} - 2 m \cdot r \cdot \cos (x)}};

可选地，该第四计算模块505用于根据该第一夹角、该第二夹角和该第三夹角，应用以下公式，计算该悬点的运动角度：

θ = \{\begin{matrix} α + β + γ - \frac{π}{2}, 0 \leq x \leq π \\ α - β + γ - \frac{π}{2}, π < x \leq 2 π \end{matrix};

需要说明的是：上述实施例提供的基于角度关系计算抽油机悬点运动角度的装置在基于角度关系计算抽油机悬点运动角度时，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将抽油机的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，上述实施例提供的基于角度关系计算抽油机悬点运动角度的装置与基于角度关系计算抽油机悬点运动角度的方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于角度关系计算抽油机悬点运动角度的方法，其特征在于，将曲柄轴中心与游梁支点的连线作为指定杆，将连杆轴中心与游梁支点的连线作为运动杆；所述方法包括：

在抽油机的运行过程中，测量曲柄运动角度；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述第一夹角、所述第二夹角和所述第三夹角，计算悬点的运动角度之后，所述方法还包括：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述曲柄运动角度、曲柄半径、所述指定杆的长度，计算所述指定杆与所述运动杆之间的第二夹角包括：

β = \arccos \frac{m^{2} - m \cdot r \cdot \cos (x)}{m \cdot \sqrt{m^{2} + r^{2} - 2 m \cdot r \cdot \cos (x)}};

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据连杆长度、游梁后臂长度、所述曲柄运动角度、所述曲柄半径、所述指定杆的长度，计算所述游梁后臂与所述运动杆之间的第三夹角包括：

γ = \arccos \frac{c^{2} + m^{2} + r^{2} - 2 m \cdot r \cdot \cos (x) {- p}^{2}}{2 c \cdot \sqrt{m^{2} + r^{2} - 2 m \cdot r \cdot \cos (x)}};

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述第一夹角、所述第二夹角和所述第三夹角，计算悬点的运动角度包括：

θ = \{\begin{matrix} α + β + γ - \frac{π}{2}, 0 \leq x \leq π \\ α - β + γ - \frac{π}{2}, π < x \leq 2 π \end{matrix};

6.一种基于角度关系计算抽油机悬点运动角度的装置，其特征在于，将曲柄轴中心与游梁支点的连线作为指定杆，将连杆轴中心与游梁支点的连线作为运动杆；所述装置包括：

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第二计算模块用于根据所述曲柄运动角度、所述曲柄半径、所述指定杆的长度，应用以下公式，计算所述指定杆与所述运动杆之间的第二夹角：

β = \arccos \frac{m^{2} - m \cdot r \cdot \cos (x)}{m \cdot \sqrt{m^{2} + r^{2} - 2 m \cdot r \cdot \cos (x)}};

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第三计算模块用于根据所述连杆长度、所述游梁后臂长度、所述曲柄运动角度、所述曲柄半径、所述指定杆的长度，应用以下公式，计算所述游梁后臂与所述运动杆之间的第三夹角：

γ = \arccos \frac{c^{2} + m^{2} + r^{2} - 2 m \cdot r \cdot \cos (x) {- p}^{2}}{2 c \cdot \sqrt{m^{2} + r^{2} - 2 m \cdot r \cdot \cos (x)}};

10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第四计算模块用于根据所述第一夹角、所述第二夹角和所述第三夹角，应用以下公式，计算所述悬点的运动角度：

θ = \{\begin{matrix} α + β + γ - \frac{π}{2}, 0 \leq x \leq π \\ α - β + γ - \frac{π}{2}, π < x \leq 2 π \end{matrix};