CN1200198C - 采油机的平衡自动调整控制方法 - Google Patents
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Abstract
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。计算机通过调整冲程距离、抽、回程上的速度，保持采油机动态运行的平衡比系数处在最佳值，并且使平均抽程、回程载荷值及电流值改变，满足抽程平均电流与回程平均电流之比在0.8≤1≤1.2范围，平均抽程载荷值与平均回程载荷值之比在0-1范围。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。
Description
技术领域
本发明涉及一种采油机自动控制方法。
背景技术
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。
发明内容
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：
1.一种采油机的平衡自动调整控制方法，
(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，其特征在于：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；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；采油机运行抽程动态条件：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；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；采油机运行回程动态条件：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；以上平均抽程载荷值、平均回程载荷值的改变，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；并且满足抽程平均电流与回程平均电流之比在0.8≤1≤1.2范围；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，并且满足平均抽程载荷值与平均回程载荷值之比在0-1范围。
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。
附图说明
图1是本发明的平衡调整控制原理图。
具体实施方式
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可运行距离。
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。
通过调整回程速度的冲程距离，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。
距离加大，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。
Claims (1)
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，其特征在于：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；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；采油机运行抽程动态条件：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；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；采油机运行回程动态条件：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；以上平均抽程载荷值、平均回程载荷值的改变，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；并且满足抽程平均电流与回程平均电流之比在0.8≤1≤1.2范围；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，并且满足平均抽程载荷值与平均回程载荷值之比在0-1范围。
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