CN108894752A - 一种链条传动抽油机变速可控系统及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种链条传动抽油机变速可控系统，包括信号发生器、信号采集器、控制器。信号发生器设置在链条上，随链条一起移动；信号采集器固定设置在机架上；信号发生器有两个，均布在链条上，信号采集器有两个，分别固定安装在同一链轮两侧的机架上，其中，一个信号采集器位于链条进入链轮的一侧，另一信号采集器位于链条离开链轮的一侧；控制器接收到信号采集器C信号，发出电动机降低转速指令；控制器接收到信号采集器D信号，发出电动机提升转速指令；本发明就是通过调整运转方式，减少换向过程中的惯性冲击，改善抽油机运行的平稳性，可有效提高链条抽油机的冲次，使链条抽油机有更广泛的适用性。

Description

一种链条传动抽油机变速可控系统及工作方法

技术领域

本发明涉及抽油机控制系统技术领域，具体涉及一种链条传动抽油机变速可控系统及工作方法。

背景技术

抽油机是重要的采油装备，在石油开发中得到广泛的应用。抽油机的负荷具有启动转矩大、负荷率较低、泵充满系数变动、上升下降负荷差距大等特点，现有的抽油机多采用电动机正反换向的方式驱动抽油机上冲程和下冲程运行，电动机频繁启停容易引起电动机烧坏、对电网造成冲击大等问题。

以皮带式抽油机为代表的链条传动往复式抽油机，以其长冲程优势，越来越受到用户的重视，在抽油机的整个运行过程中，电动机的转向不变。但是，这种链条传动抽油机，由于换向过程产生较大冲击，容易造成较大的振动、噪音等，影响抽油机运行平稳性，从而制约了进一步提高抽油机的运行速度，限制了抽油生产率。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术存在的缺陷，本发明之一和之二是提供一种链条传动抽油机变速可控系统，通过调整运转方式，减少换向过程中的惯性冲击，改善抽油机运行的平稳性，有效提高链条抽油机的冲次，使链条抽油机高冲次、低噪音运行，保障油井的大排量采油作业。

本发明之三是提供一种应用本发明之一变速可控系统的工作方法。

本发明之四是提供一种应用本发明之二变速可控系统的工作方法。

本发明之一的技术方案是：一种链条传动抽油机变速可控系统，包括：

信号发生器，所述信号发生器用于发出链条移动位置的信号，所述信号发生器包括第一信号发生器和第二信号发生器，所述第一信号发生器和第二信号发生器均布安装在链条的链节上并随链条一起移动，所述第一信号发生器安装在位于往返架处的链节上；

信号采集器，用于采集信号发生器发出的链条移动位置的信号并将信号传输，所述信号采集器包括第一信号采集器和第二信号采集器，所述第一信号采集器和第二信号采集器分别固定安装在同一链轮两侧的机架或与机架相对位置固定的机架附件上，其中，所述第一信号采集器位于链条进入链轮的一侧，所述第二信号采集器位于链条离开链轮的一侧；

控制器，所述控制器用于处理信号采集器采集的链条移动位置的信号并控制链条传动抽油机的电动机以如下特定的速度运行：信号发生器运行到第一信号采集器的位置时，电动机转速开始减速，信号发生器运行到第二信号采集器后，电动机转速开始加速。

本发明之二的技术方案是：一种链条传动抽油机变速可控系统，其特征在于：包括：

信号发生器，所述信号发生器用于发出链条移动位置的信号，所述信号发生器安装在位于往返架处的链节上并随链条一起移动；

信号采集器，用于采集信号发生器发出的链条移动位置的信号并将信号传输，所述信号采集器包括第一信号采集器、第二信号采集器、第三信号采集器和第四信号采集器，所述第一信号采集器和第二信号采集器分别固定安装在上链轮两侧的机架或与机架相对位置固定的机架附件上，所述第三信号采集器和第四信号采集器分别固定安装在下链轮两侧的机架或与机架相对位置固定的机架附件上；其中，所述第一信号采集器位于链条进入上链轮的一侧，所述第二信号采集器位于链条离开上链轮的一侧，所述第三信号采集器位于链条进入下链轮的一侧，所述第四信号采集器位于链条离开下链轮的一侧，

控制器，所述控制器用于处理信号采集器采集的链条移动位置的信号并控制链条传动抽油机的电动机以如下特定的速度运行：信号发生器运行到第一信号采集器的位置时，电动机转速开始减速，信号发生器运行到第二信号采集器后，电动机转速开始加速；信号采集器运行到第三信号采集器的位置时，电动机转速开始减速，信号发生器运行到第四信号采集器后，电动机转速开始加速。

优选的，所述第一信号发生器和第二信号发生器分别为特殊链节和专用接近块。

优选的，所述信号发生器为特殊链节和专用接近块。

优选的，所述信号采集器布置在链轮处的机架上。

优选的，所述信号采集器为接近开关或红外线传感器。

优选的，所述控制器为单片机、PLC控制器、微处理器或者工控机。

本发明之三的技术方案是：一种链条传动抽油机变速可控系统的工作方法，

第一信号发生器随链条移动，当第一信号发生器移动至第一信号采集器时，第一信号采集器检测到信号并传输到控制器，控制器给出指令控制电动机进入转速下降程序，使转速逐渐降低至设定最小值；随链条继续运转，第一信号发生器移动至第二信号采集器时，第二信号采集器检测到信号并传输到控制器，控制器给出指令控制电动机停止减速并进入转速提升程序，使转速逐渐增加至最大设定值；

第一信号发生器随链条移动时，第二信号发生器也随链条移动，当第二信号发生器移动至第一信号采集器时，第一信号采集器检测到信号并传输到控制器，控制器给出指令控制电动机进入转速下降程序，使转速逐渐降低至设定最小值；随链条继续运转，第二信号发生器移动至第二信号采集器时，第二信号采集器检测到信号并传输到控制器，控制器给出指令控制电动机停止减速并进入转速提升程序，使转速逐渐增加至最大设定值。

本发明之四的技术方案是：一种链条传动抽油机变速可控系统的工作方法，信号发生器随链条移动，当信号发生器移动至第一信号采集器时，第一信号采集器检测到信号并传输到控制器，控制器给出指令控制电动机进入转速下降程序，使转速逐渐降低至设定最小值；随链条继续运转，信号发生器移动至第二信号采集器时，第二信号采集器检测到信号并传输到控制器，控制器给出指令控制电动机停止减速并进入转速提升程序，使转速逐渐增加至最大设定值；

信号发生器随链条继续移动，当信号发生器移动至第三信号采集器时，第三信号采集器检测到信号并传输到控制器，控制器给出指令控制电动机进入转速下降程序，使转速逐渐降低至设定最小值；随链条继续运转，当信号发生器移动至第四信号采集器时，第四信号采集器检测到信号并传输到控制器，控制器给出指令控制电动机停止减速并进入转速提升程序，使转速逐渐增加至最大设定值。

本发明与现有技术相比较，具有以下优点：

1）由于可以对运转过程中的速度可调、可控，从而可以根据油井状况设定抽油机冲次，使抽油机运行速度具有更广的适应范围。另外，这种运行方式，还可使抽油机带动的井下往复抽油泵，在上、下冲程的末端速度减小，中间时段速度加快，从而提高泵效；

2）本方案所提出的抽油机变速可控系统，从通过信号发生器、信号采集器的布置位置，在控制器对电动机的控制作用下，链条在上冲程转为下冲程以及下冲程转为上冲程过程中的换向过程中运行速度相对减慢，而在上冲程和下冲程的运行过程中速度实现平缓加速，使得抽油杆带动的抽油泵在换向过程稳定，抽油杆的受力、泵阀的受冲击情况都有所改善，有利于井下泵和抽油杆有效工作期限的延长。

3）由于链条在上冲程转为下冲程以及下冲程转为上冲程的换向过程中移动速度缓和，有利于保证抽油机设备的整个工作过程受力缓和，减少设备运行过程的振动，降低运行过程产生的噪音。

附图说明

图1 是本发明实施例一的结构示意主视图；

图2是本发明图1的Ⅰ处的局部放大图；

图3是本发明图1的结构布置的侧视图；

图4是本发明在下冲程运行过程的示意图；

图5是本发明实施例一在下冲程末开始换向和减速过程的示意图；

图6是本发明实施例一在上冲程初完成换向和停止减速过程的示意图；

图7是本发明实施例一在上冲程运行过程的示意图；

图8是本发明实施例一在上冲程末开始换向和减速过程的示意图；

图9是本发明实施例一在下冲程初完成换向和停止减速过程的示意图；

图10是本发明实施例二的结构示意图；

图11是本发明实施例三的结构示意图。

图中：

1、机架， 2、传动链条，3、上链轮，4、下链轮，5、信号发生器A（特殊链节），6、信号发生器B（专用接近块），7、信号采集器C（接近开关A），71、第二信号采集器C1（接近开关C1），8、信号采集器D（接近开关B），81、第二信号采集器D1（接近开关D1），9、电动机，10、控制器（控制柜），11、往返架，12、皮带，13、滑槽。

具体实施方式

下面是结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例一

图1和图3分别是本发明提供的抽油机变速可控系统的结构布置的主视图和侧视图，图2是图1的Ⅰ处的局部放大图。结合图1、图2和图3说明链传动式皮带抽油机的基本结构和工作原理：抽油机的机架1内布置有上链轮3和下链轮4，上链轮3和下链轮4通过链条2连接，机架1内布置有沿着竖直方向的导轨，导轨内安装有能够上下滑动的往返架11，皮带12的一端与往返架11固定连接后绕过顶部卷筒，其另一端与井口光杆连接；往返架11内设置有水平方向的滑槽13，滑槽13内设置有能够沿着水平方向往复滑动的滑车，链条2中设置有特殊链节5（信号发生器A），特殊链节5与滑车连接，电动机9通过减速器减速后驱动传动链条2转动，特殊链节5带动滑车沿着链条2的轨迹运行，通过将特殊链节5和滑车的移动转换为往返架11的上下往复移动，通过皮带12传动完成井口光杆的上下往复移动。

为了便于测量往返架11的位置以测量抽井口光杆的上下冲程，需要在链条2或者往返架11上安装信号发生器。本实施例中，信号发生器有两个，固定安装在链条2上并随链条2一起移动。其中一个特殊链节5作为信号发生器A，同时在链条2上安装了专用接近块6作为信号发生器B。专用接近块6与特殊链节5均布在链条2上。

信号采集器为接近开关、红外线发射器等能探测到信号发生器位置的电子装置，信号采集器有两个。本实施例中，采用接近开关作为信息采集器，两个信息采集器沿链条2运转方向相隔一段距离分别固定在机架1或者与机架1固定连接的附件上。信号采集器C7固定在上链轮3左侧的机架1处，即固定在链条2进入上链轮3的一侧，信号采集器D8固定在对应上链轮3右侧的机架处，即固定在链条2离开上链轮3的一侧。信号采集器C7、信号采集器D8经信号传输线与控制器10联接。

如图4和图5所示，下链轮4在电动机的带动下顺时针转动，传动链条2位于上链轮3和下链轮4左侧的部分带动信号发生器A（特殊链节）5向上移动，与特殊链节5相连接的滑车带动往返架11向上移动，与往返架11相连接的皮带后端上行，带动绕过顶部卷筒后的皮带前端下行，井口光杆下行，抽油机处于下冲程。

信号发生器A（特殊链节）5随链条2继续向上移动，信号发生器A（特殊链节）5经过信号采集器C（接近开关A）7时，信号采集器C（接近开关A）7采集到信号发生器A（特殊链节）5接近的信号并传输到控制器10，控制器10给出指令，控制电动机9进入转速下降程序。

随链条2继续运转，信号发生器A（特殊链节）5绕着上链轮3转动，滑车沿着往返架11的水平方向的滑槽13向右移动，当滑车移动到上链轮3的正上方时，往返架11停止向上移动，抽油机的下冲程结束。

如图6和图7所示，随链条2继续运转，信号发生器A（特殊链节）5绕着上链轮3转动，滑车沿着往返架11的水平方向的滑槽13向右移动，往返架11开始向下移动，与往返架11相连接的皮带后端下行，带动绕过顶部卷筒后的皮带前端上行，井口光杆上行，抽油机的上冲程开始。

信号发生器A（特殊链节）5随链条2转动到上链轮3的右侧，传动链条2位于上链轮3和下链轮4右侧的部分带动信号发生器A（特殊链节）5向下移动，信号发生器A（特殊链节）5经过信号采集器D（接近开关B）8时，信号采集器D（接近开关B）8采集到信号发生器A（特殊链节）5接近的信号并传输到控制器10，控制器10给出指令，控制电动机9转速停止下降，抽油机处于上冲程运行。

抽油机处于上冲程运行过程中，控制器10给出指令，控制电动机9转速提高，特殊链节5相连接的滑车在水平方向静止，抽油机运行平稳。传动链条2位于上链轮3和下链轮4左侧的部分带动信号发生器B（专用接近块）6向上移动，传动链条2位于上链轮3和下链轮4右侧的部分带动信号发生器A（特殊链节）5向下移动。

如图8和图9所示，信号发生器B（专用接近块）6随链条2继续向上移动，信号发生器B（专用接近块）6经过信号采集器C（接近开关A）7时，信号采集器C（接近开关A）7采集到信号发生器B（专用接近块）6接近的信号并传输到控制器，控制器10给出指令，控制电动机9进入转速下降程序。

随链条2继续运转，信号发生器A（特殊链节）5绕着下链轮4转动，滑车沿着往返架11的水平方向的滑槽13向左移动，当滑车移动到下链轮4的正下方时，往返架11停止向上移动，抽油机的上冲程结束。

随链条2继续运转，信号发生器A（特殊链节）5绕着下链轮4转动，滑车沿着往返架11的水平方向的滑槽13向左移动，往返架11开始向上移动，与往返架11相连接的皮带后端上行，带动绕过顶部卷筒后的皮带前端下行，井口光杆下行，抽油机的下冲程开始。

信号发生器B（专用接近块）6随链条2转动到上链轮3的右侧，传动链条2位于上链轮3和下链轮4右侧的部分带动信号发生器B（专用接近块）6向下移动，信号发生器B（专用接近块）6经过信号采集器D（接近开关B）8时，信号采集器D（接近开关B）8采集到信号发生器B专用接近块）6接近的信号并传输到控制器10，控制器10给出指令，控制电动机9转速停止下降，抽油机处于上冲程运行。

抽油机处于下冲程运行过程中，控制器10给出指令，控制电动机9转速提高，特殊链节5相连接的滑车在水平方向静止，抽油机运行平稳。

实施例二

如图10所示，电动机的转动方向与实施例一的电动机的转动方向一致。

为了便于测量往返架11的位置以测量抽井口光杆的上下冲程，需要在链条2或者往返架11上安装信号发生器。本实施例中，信号发生器有两个，固定安装在链条2上并随链条2一起移动。特殊链节5作为信号发生器A，同时在链条2上安装了专用接近块6作为信号发生器B。专用接近块6与特殊链节5均布在链条2上。

本实施例中，采用接近开关作为信息采集器，信号采集器共两个，信号采集器C（接近开关A）7固定在下链轮4右侧的机架1处，信号采集器D（接近开关B）8固定在对应下链轮4的下链轮左侧的机架1处。信号采集器C（接近开关A）7、信号采集器D（接近开关B）8经信号传输线与控制器10联接。

其它结构与实施例一的结构基本相同，在此不再赘述。

实施例三

如图11所示，实施例三的电动机的转动方向与实施例一的电动机的转动方向一致。

为了便于测量往返架11的位置以测量抽井口光杆的上下冲程，需要在链条2或者往返架11上安装信号发生器。本实施例中，信号发生器有一个，固定安装在链条2上并随链条2一起移动。特殊链节5作为信号发生器A。

本实施例中，采用接近开关作为信息采集器，信号采集器共4个，分别为：信号采集器C（接近开关A）7、信号采集器D（接近开关B）8、第二信号采集器C1（接近开关C1）71、第二信号采集器D1（接近开关D1）81。

信号采集器C（接近开关A）7固定在上链轮3左侧的机架处，信号采集器D（接近开关B）8固定在对应上链轮3右侧的机架处。第二信号采集器C1（接近开关C1）71固定在下链轮4右侧的机架处，第二信号采集器D1（接近开关D1）81固定在对应下链轮3左侧的机架1处。四个信号采集器经信号传输线与控制器10联接。

信号发生器C（接近开关A）7随链条2移动，当信号发生器C（接近开关A）7移动至信号采集器C（接近开关A）7时，信号采集器C（接近开关A）7检测到信号并传输到控制器10，控制器10给出指令控制电动机进入转速下降程序，使转速逐渐降低至设定最小值；随链条2继续运转，信号发生器C（接近开关A）7移动至信号采集器D（接近开关B）8时，信号采集器D（接近开关B）8检测到信号并传输到控制器10，控制器10给出指令控制电动机停止减速并进入转速提升程序，使转速逐渐增加至最大设定值；

信号发生器C（接近开关A）7随链条2继续移动，当信号发生器C（接近开关A）7移动至第二信号采集器C1（接近开关C1）71时，第二信号采集器C1（接近开关C1）71检测到信号并传输到控制器10，控制器10给出指令控制电动机进入转速下降程序，使转速逐渐降低至设定最小值；随链条2继续运转，当信号发生器C（接近开关A）7移动至第二信号采集器D1（接近开关D1）81时，第二信号采集器D1（接近开关D1）81检测到信号并传输到控制器10，控制器10给出指令控制电动机停止减速并进入转速提升程序，使转速逐渐增加至最大设定值。

本发明由于可以对运转过程中的速度可调、可控，从而可以根据油井状况设定抽油机冲次，使抽油机运行速度具有更广的适应范围。另外，这种运行方式，还可使抽油机带动的井下往复抽油泵，在上、下冲程的末端速度减小，中间时段速度加快，从而提高泵效；

同时，本方案所提出的抽油机变速可控系统，从通过信号发生器、信号采集器的布置位置，在控制器对电动机的控制作用下，链条在上冲程转为下冲程以及下冲程转为上冲程过程中的换向过程中运行速度相对减慢，而在上冲程和下冲程的运行过程中速度实现平缓加速，使得抽油杆带动的抽油泵在换向过程稳定，抽油杆的受力、泵阀的受冲击情况都有所改善，有利于井下泵和抽油杆有效工作期限的延长。

最后，由于链条在上冲程转为下冲程以及下冲程转为上冲程的换向过程中移动速度缓和，有利于保证抽油机设备的整个工作过程受力缓和，减少设备运行过程的振动，降低运行过程的噪音。

本发明并不限于上述的实施方式，在本领域技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化，变化后的内容仍属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种链条传动抽油机变速可控系统，其特征在于：包括：

信号发生器，所述信号发生器用于发出链条移动位置的信号，所述信号发生器包括第一信号发生器和第二信号发生器，所述第一信号发生器和第二信号发生器均布安装在链条的链节上并随链条一起移动，所述第一信号发生器安装在位于往返架处的链节上；

信号采集器，用于采集信号发生器发出的链条移动位置的信号并将信号传输，所述信号采集器包括第一信号采集器和第二信号采集器，所述第一信号采集器和第二信号采集器分别固定安装在同一链轮两侧的机架或与机架相对位置固定的机架附件上，其中，所述第一信号采集器位于链条进入链轮的一侧，所述第二信号采集器位于链条离开链轮的一侧；

控制器，所述控制器用于处理信号采集器采集的链条移动位置的信号并控制链条传动抽油机的电动机以如下特定的速度运行：信号发生器运行到第一信号采集器的位置时，电动机转速开始减速，信号发生器运行到第二信号采集器后，电动机转速开始加速。

2.一种链条传动抽油机变速可控系统，其特征在于：包括：

信号发生器，所述信号发生器用于发出链条移动位置的信号，所述信号发生器安装在位于往返架处的链节上并随链条一起移动；

信号采集器，用于采集信号发生器发出的链条移动位置的信号并将信号传输，所述信号采集器包括第一信号采集器、第二信号采集器、第三信号采集器和第四信号采集器，所述第一信号采集器和第二信号采集器分别固定安装在上链轮两侧的机架或与机架相对位置固定的机架附件上，所述第三信号采集器和第四信号采集器分别固定安装在下链轮两侧的机架或与机架相对位置固定的机架附件上；其中，所述第一信号采集器位于链条进入上链轮的一侧，所述第二信号采集器位于链条离开上链轮的一侧，所述第三信号采集器位于链条进入下链轮的一侧，所述第四信号采集器位于链条离开下链轮的一侧，

控制器，所述控制器用于处理信号采集器采集的链条移动位置的信号并控制链条传动抽油机的电动机以如下特定的速度运行：信号发生器运行到第一信号采集器的位置时，电动机转速开始减速，信号发生器运行到第二信号采集器后，电动机转速开始加速；信号采集器运行到第三信号采集器的位置时，电动机转速开始减速，信号发生器运行到第四信号采集器后，电动机转速开始加速。

3.根据权利要求1所述的一种链条传动抽油机变速可控系统，其特征是：所述第一信号发生器和第二信号发生器分别为特殊链节和专用接近块。

4.根据权利要求2所述的一种链条传动抽油机变速可控系统，其特征是：所述信号发生器为特殊链节和专用接近块。

5.根据权利要求1或2所述的一种链条传动抽油机变速可控系统，其特征是：所述信号采集器布置在链轮处的机架上。

6.根据权利要求1或2所述的一种链条传动抽油机变速可控系统，其特征是：所述信号采集器为接近开关或红外线传感器。

7.根据权利要求1或2所述的一种链条传动抽油机变速可控系统，其特征是：所述控制器为单片机、PLC控制器、微处理器或者工控机。

8.根据权利要求1所述的一种链条传动抽油机变速可控系统的工作方法，其特征是：

第一信号发生器随链条移动，当第一信号发生器移动至第一信号采集器时，第一信号采集器检测到信号并传输到控制器，控制器给出指令控制电动机进入转速下降程序，使转速逐渐降低至设定最小值；随链条继续运转，第一信号发生器移动至第二信号采集器时，第二信号采集器检测到信号并传输到控制器，控制器给出指令控制电动机停止减速并进入转速提升程序，使转速逐渐增加至最大设定值；

第一信号发生器随链条移动时，第二信号发生器也随链条移动，当第二信号发生器移动至第一信号采集器时，第一信号采集器检测到信号并传输到控制器，控制器给出指令控制电动机进入转速下降程序，使转速逐渐降低至设定最小值；随链条继续运转，第二信号发生器移动至第二信号采集器时，第二信号采集器检测到信号并传输到控制器，控制器给出指令控制电动机停止减速并进入转速提升程序，使转速逐渐增加至最大设定值。

9.根据权利要求2所述的一种链条传动抽油机变速可控系统的工作方法，其特征是：

信号发生器随链条移动，当信号发生器移动至第一信号采集器时，第一信号采集器检测到信号并传输到控制器，控制器给出指令控制电动机进入转速下降程序，使转速逐渐降低至设定最小值；随链条继续运转，信号发生器移动至第二信号采集器时，第二信号采集器检测到信号并传输到控制器，控制器给出指令控制电动机停止减速并进入转速提升程序，使转速逐渐增加至最大设定值；

信号发生器随链条继续移动，当信号发生器移动至第三信号采集器时，第三信号采集器检测到信号并传输到控制器，控制器给出指令控制电动机进入转速下降程序，使转速逐渐降低至设定最小值；随链条继续运转，当信号发生器移动至第四信号采集器时，第四信号采集器检测到信号并传输到控制器，控制器给出指令控制电动机停止减速并进入转速提升程序，使转速逐渐增加至最大设定值。