CN114962395B - 一种混合新能源液压抽油机 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种混合新能源液压抽油机,针对目前油田抽油机能耗高、效率低的问题,提出了混合新能源液压抽油机。采用新能源与市电两路动力源,液压系统作为传动机构驱动抽油机的结构形成混合新能源液压抽油机系统。采用新能源与市电双动力源的形式,可以在保证本系统连续稳定运行的前提下最大程度节能;采用液压传动使得抽油机冲速及功率可调并能有效抑制负扭矩问题,具有低能耗、效率高且可控性高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种混合新能源液压抽油机,尤其适用于新能源资源充沛的油田地区。
背景技术混合新能源液压抽油机
目前,我国石油产品的来源以陆上采油为主。游梁式抽油机具有结构简单、制造容易、维修方便、使用可靠、成本低等特点,可以长期在油田全天候运转,在相当长时间内仍是陆地油田的采油工程作业的首选采油设备。但同时,常规游梁式抽油机自身的结构特征导致其存在平衡效果差、净扭矩波动大、负载率低、工作效率低、能耗大等缺点。实际上,抽油机的电机多以轻载工况运行,目前我国大部分抽油机的电机平均负载率只有20%~30%,造成能源极大浪费。当前对此的主要解决方法是采用悬重平衡来平衡抽油机负载,但由于油田井下油况复杂且多变,导致抽油机负载波动较大,电能消耗量高。目前,我国新建油田大部分分布于偏远地区,电力系统建设成本高且输送过程能量损失巨大,导致电能损失大,成本显著提升。据统计,我国油田抽油机的年均耗电量达百亿千瓦时,年均电力成本高达几十亿元。综上可见,抽油机节能减耗空间巨大,具有显著的经济效益和社会效益。
发明内容
鉴于上述问题,本发明的目的是提供一种混合新能源液压抽油机,该系统主要包括能源机构、液压系统与抽油机三大部分。在抽油过程中,能源机构通过电机驱动液压系统中的液压泵,液压泵产生高压液压油并驱动液压马达,液压马达带动抽油机进行往复抽油动作。其中,能源机构由风光新能源与市电能源构成,风光新能源为主,市电能源为辅,市电能源主要做新能源储备不足时,维持系统运行之用。这样就在保证系统稳定运行的同时,最大程度的实现了系统节能。通过在液压系统中加装相关液压元件,则可以实时调节抽油机功率并有效抑制抽油机负扭矩问题,提高抽油机负载率,进而提高抽油机效率,实现整个系统的二次节能。
为实现上述目的,本发明为一种混合新能源液压抽油机,包括:能源机构、液压系统与抽油机。能源机构采用新能源与市电两种能源主副模式,通过液压传动驱动抽油机工作,实现一次节能;在液压系统中通过泵类与阀类控件,实时调节抽油机功率并抑制抽油机产生的负扭矩等负面影响,提高抽油机效率,实现二次节能。
能源机构作为系统中的动力源,包括风光新能源和市电能源。两路能源各驱动一台电机,风光新能源采用风光互补发电的形式为蓄电池充电,蓄电池为48V直流电机供电;市电为220V交流电机供电。本系统动力源采用风光新能源为主,市电能源为副的策略提供动力。当风光新能源蓄电池满足电量要求时,由风光新能源蓄电池独自作为系统动力源,同时风光互补发电装置继续为蓄电池充电,此时蓄电池进入“边充边放”模式;当风光新能源蓄电池电量低时,则断开新能源路动力源,系统接入市电作为系统动力源,同时风光互补发电装置为蓄电池充电,此时风光新能源蓄电池进入“只充不放”模式,系统维持此状态直至蓄电池电量蓄满。蓄电池电量满足要求时,系统断开市电动力源,重新接入风光新能源路动力源,如此周而往复。
液压系统作为本系统中的传动机构,由液压执行机构与液压传感器机构两大部分组成。其中液压执行机构包括:液压油箱,1号吸油滤,1号变量泵,1号进油单向阀,1号卸荷阀,2号吸油滤,2号变量泵,2号进油单向阀,2号卸荷阀,低精度过滤器,高精度过滤器,调压阀,溢流阀,蓄能器,液压马达,马达进油口比例流量阀,马达排油口比例流量阀,回油滤,若干液压管路。液压传感器机构包括:油箱液位计,液压油温度传感器,流量传感器,管路压力传感器,回油压力传感器,马达转矩转速传感器。
在液压系统中存在两条动力支路:一条动力支路由1号吸油滤,1号变量泵,1号进油单向阀,1号卸荷阀组成,形成液压系统新能源动力支路;一条动力支路由2号吸油滤,2号变量泵,2号进油单向阀,2号卸荷阀组成,形成液压系统市电动力支路。两条动力支路通过各自的变量泵从液压油箱中吸入液压油,之后两条动力支路通过液压管路直接耦合,液压油经过低精度过滤器、高精度过滤器、蓄能器和马达进油口比例流量阀后,驱动液压马达通过减速齿轮箱带动抽油机工作,之后经过马达排油口比例流量阀和回油滤回到液压油箱,以上便是液压系统的整个吸油回油过程。
液压系统作为本新能源抽油机系统的核心装置,主要具有以下作用:实现系统节能;实现系统动力源无缝切换,动力源切换时维持整个系统稳定;实现抽油机冲速及功率可调;抑制抽油机负扭矩产生的不利影响;通过液压传感器系统实现对整个系统的实时监测控制,提高系统可靠性和自动化程度。以下结合液压系统具体元件结构详细说明。
液压系统中蓄能器负责吸收液压系统波动,起到稳定液压系统压力的作用,同时也可以储存液压系统产生的多余能量,起到节能作用;由液压系统特性可知,相较其他机械系统,液压系统在多个动力源彼此来回切换时更加快速且平稳,在选定1号、2号变量泵同型号,新能源直流电机与市电交流电机额定转速相同的情况下,可以实现系统动力源无缝切换;通过调节变量泵排量及马达进油口比例流量阀开口开度,二者耦合精确控制马达进油口流量,从而可以精确控制马达转速,进而实现抽油机冲速及功率精准可控;当抽油机处于下冲程状态,即负扭矩状态时,通过减小马达排油口比例流量阀开口开度,可以增大马达排油口端压力,从而降低马达转速,防止抽油机负扭矩情况下的马达转速过快导致马达进油口真空情况的发生,从而有效抑制了抽油机负扭矩产生的负面影响,保证了抽油机整个上下冲程过程中马达转速的相对稳定。
液压传感器机构包含两类传感器,一类传感器保证液压系统安全运行,包括:温度传感器、液位计与回油压力传感器。其中,温度传感器与液位计位于油箱中,用于监测油液温度以及油箱中液压油液位,当液压油温度过高、油箱液位过高或过低时,都应立刻停止系统运行并进行检查;回油压力传感器用于监测液压系统回油路压力,当回油路压力过高时,表明系统出现故障,应立刻停止系统运行并进行检查。另一类传感器负责液压系统的信息采集,包括:流量传感器、管路压力传感器和马达转矩转速传感器。流量传感器监测液压系统流量;管路压力传感器监测液压系统压力;马达转矩转速传感器监测液压马达转矩与转速,进而可知抽油机功率。信息采集传感器为系统控制机构时刻提供整个抽油机系统的关键数据,控制系统依据传感器数据对相应控件做出开关状态切换或数值大小调整控制,使得整个系统能根据动力源状态和负载状态变化做出实时调整,保证整个系统拥有高度可靠性以及较高自动化程度。
本混合新能源液压抽油机工作流程:初始时,1号、2号卸荷阀均处于左位卸荷态。当系统启用新能源路作为动力源输出时,由于电机启动时带载能力较差,此时应该让直流电机带动1号变量泵无负载空转,在电机启动30s后,即电机运行稳定时,切换1号卸荷阀至右位负载态,此时系统进入工作状态,高压液压油驱动液压马达转动,马达带动抽油机曲柄装置转动,抽油机开始抽油动作。当系统检测到新能源蓄电池电量低至设定值时,此时应立刻启用市电路动力源,开启交流电机带动2号变量泵无负载空转,30s后,关闭新能源路动力源,调节2号变量泵排量与1号变量泵排量相同,同时把1号卸荷阀切换至左位卸荷态、2号卸荷阀切换至右位负载态,至此就实现了系统动力源无缝切换。当系统检测到新能源蓄电池电量蓄满时,启用新能源路动力源,开启直流电机带动1号变量泵无负载空转,30s后,关闭市电路动力源,调节1号变量泵排量与2号变量泵排量相同,同时把2号卸荷阀切换至左位卸荷态、1号卸荷阀切换至右位负载态,如此循环往复就实现了不同动力源切换驱动下的系统的平稳运行。当抽油机处于下冲程负扭矩状态时,此时系统控制减小马达排油口比例流量阀开口开度,维持马达转速恒定,防止抽油机负扭矩情况下的马达转速过快导致马达进油口真空,抑制抽油机负扭矩影响,当抽油机处于上冲程时,增大马达排油口比例流量阀开口开度,提升马达带载能力,从而保证整个冲程中系统的稳定运行。当油田井下油况出现变化时,此时通过调节动力源路的变量泵排量与马达进油口比例流量阀开口开度,二者耦合控制可精确调节液压马达转速,从而使抽油机冲速达到最符合当前井下油况的状态。
优选地,本系统采用新能源作为动力源之一,实现了抽油机作业过程中的大幅节能;
优选地,本系统采用新能源及市电两种动力源,两种动力源切换保证了系统的连续不间断运行;
优选地,本系统采用液压系统保证了两种动力源的稳定无缝切换,进而保证了整个系统的稳定运行;
优选地,本系统通过液压系统实现了抽油机冲速可调及功率可调;
优选地,本系统通过相关液压元件抑制了抽油机负扭矩对系统的不利影响,实现抽油机整体节能增效;
优选地,本系统搭配了全方位传感器系统,可以根据外界动力源和负载变化对系统做出相应调整,整个系统具有优良的可靠性及高度自动化特点。
本发明为一种混合新能源液压抽油机,系统中新能源与市电两种动力源通过液压系统无缝切换驱动抽油机工作,实现一次节能。液压系统中的相关元件则可以有效改善抽油机效率,实现二次节能。本系统通过两次节能最大程度的改善了抽油机工作过程中的能源损耗问题。
附图说明
下面结合附图对本发明进行说明。其中:
图1是根据本发明一个实施方式的混合新能源液压抽油机液压原理示意图。
具体实施方式
下文将结合附图详细说明本发明的具体实施方式。应当理解,下面的说明的实施方式仅仅是示例性的,而非限制性。
如图1所示,混合新能源液压抽油机包括:风能发电系统1、太阳能发电系统2、控制器3、蓄电池组4、直流电机5、1号吸油滤6、1号变量泵7、1号单向阀8、1号卸荷阀9、市电能源10、交流电机11、2号吸油滤12、2号变量泵13、2号单向阀14、2号卸荷阀15、低精度过滤器16、高精度过滤器17、流量传感器18、蓄能器19、管路压力传感器20、马达进油口比例流量阀21、液压马达22、马达转矩转速传感器23、马达排油口比例流量阀24、回油压力传感器25、溢流阀26、调压阀27、回油滤28、温度传感器29、液位计30、液压油箱31、抽油机32。
如图1所示,风能发电系统1与太阳能发电系统2通过控制器3耦合,向蓄电池组4蓄电,蓄电池组4驱动直流电机5,直流电机5带动1号变量泵7转动,1号变量泵7通过1号吸油滤6从液压油箱31中吸取液压油,液压油经1号单向阀8到达1号卸荷阀9,形成新能源液压动力支路;市电能源10驱动交流电机11,交流电机11带动2号变量泵13转动,2号变量泵13通过2号吸油滤12从液压油箱31中吸取液压油,液压油经2号单向阀14到达2号卸荷15,形成市电液压动力支路。两条液压动力支路通过液压管路直接耦合,通过低精度过滤器16与高精度过滤器17进行油液过滤,经流量传感器18、蓄能器19、管路压力传感器20与马达进油口比例流量阀21后驱动液压马达22转动,液压马达22经过马达转矩转速传感器23后带动抽油机32进行抽油作业,其后液压油经过马达排油口比例流量阀24、回油压力传感器25与回油滤28后回到液压油箱31,完成液压系统整个吸油回油流程。蓄能器19负责吸收液压系统波动,起到稳定液压系统压力的作用,同时也可以储存液压系统产生的多余能量;流量传感器18用于监测液压系统流量;管路压力传感器20负责监测液压系统管路内油液压力;回油压力传感器25负责监测液压系统回油路压力大小;位于液压油箱31中的温度传感器29与液位计30分别负责监测液压油温度与油箱中液压油液位。液压管路中的溢流阀26用于限定液压系统最高压力,保证整个液压系统安全,手动设置;调压阀27用于限定液压系统最高工作压力,保证整个液压系统工作安全,且在液压系统工作过程中连续可调。溢流阀26与调压阀27联合保证了液压系统压力安全,为本系统提供了双保险。
基于该公开,在图示和说明特征的配置和操作序列中的许多变形例对于本领域技术人员而言是明显的。因而,应当领略的是,在不偏离权利要求主题的精神和范畴的情况下,可以对本专利做出各种改变。
Claims (1)
1.一种混合新能源液压抽油机系统,其特征在于包括:风能发电系统(1)、太阳能发电系统(2)、控制器(3)、蓄电池组(4)、直流电机(5)、1号吸油滤(6)、1号变量泵(7)、1号单向阀(8)、1号卸荷阀(9)、市电能源(10)、交流电机(11)、2号吸油滤(12)、2号变量泵(13)、2号单向阀(14)、2号卸荷阀(15)、低精度过滤器(16)、高精度过滤器(17)、流量传感器(18)、蓄能器(19)、管路压力传感器(20)、马达进油口比例流量阀(21)、液压马达(22)、马达转矩转速传感器(23)、马达排油口比例流量阀(24)、回油压力传感器(25)、溢流阀(26)、调压阀(27)、回油滤(28)、温度传感器(29)、液位计(30)、液压油箱(31)、抽油机(32);
风能发电系统(1)与太阳能发电系统(2)产生的电能通过控制器(3)控制耦合向蓄电池组(4)充电,蓄电池组(4)作为直流电机(5)的动力源为其提供电能,直流电机(5)带动1号变量泵(7)转动,1号变量泵(7)通过1号吸油滤(6)从液压油箱(31)中吸取液压油,液压油经1号单向阀(8)到达1号卸荷阀(9),形成新能源液压动力支路;市电能源(10)为交流电机(11)提供能源动力,交流电机(11)带动2号变量泵(13)转动,2号变量泵(13)通过2号吸油滤(12)从液压油箱(31)中吸取液压油,液压油经2号单向阀(14)到达2号卸荷阀(15),形成市电液压动力支路;新能源动力支路和市电动力支路为混合新能源液压抽油机系统提供液压动力,采用新能源动力支路优先提供液压动力,当蓄电池组(4)低于设定值时采用市电动力支路提供液压动力,实现动力无缝切换;两条液压动力支路通过液压管路直接耦合,通过低精度过滤器(16)与高精度过滤器(17)两道过滤程序后,分出三条支路,第一条支路通过调压阀(27)与回油滤(28)回到液压油箱(31);第二条支路通过溢流阀(26)与回油滤(28)回到液压油箱(31);第三条支路经流量传感器(18)、蓄能器(19)、管路压力传感器(20)、马达进油口比例流量阀(21)后到达液压马达(22)进油口,液压马达(22)经过马达转矩转速传感器(23)后带动抽油机(32)进行抽油作业,液压马达(22)排油口经排油口比例流量阀(24)、回油压力传感器(25)与回油滤(28)后回到液压油箱(31);通过对马达进油口比例流量阀(21)和马达排油口比例流量阀(24)进行控制对抽油机(32)进行速度和负载匹配,实现对抽油机(32)的节能控制;回油压力传感器(25)、低精度过滤器(16)、高精度过滤器(17)、流量传感器(18)、回油滤(28)、温度传感器(29)和液位计(30)用于实时检测混合新能源液压抽油机系统状态信息,进行安全监测和闭环控制信息采集;蓄能器(19)负责吸收液压系统波动,起到稳定液压系统压力的作用,同时也可以储存液压系统产生的多余能量,进一步起到节能作用。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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