CN217878323U - 抽油机减速器状态在线监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种抽油机减速器状态在线监测装置，包括第一测量机构、第二测量机构、供电机构、控制器；所述第一测量机构通过连接座安装在减速器的盖板上，用于在线监测减速器外部的运行状态；所述第二测量机构通过螺纹与连接座连接，用于在线监测减速器内部的运行状态；所述供电机构分别与控制器连接，用于向第一测量机构、第二测量机构供电；所述控制器分别与第一测量机构、第二测量机构连接，用于采集测量数据并且向远端控制端发送数据。本实用新型能够实时在线监测，能够实时监测抽油机减速器的运行状态，及时发现抽油机减速器的故障，为预防性维护提供数据支撑。

Description

抽油机减速器状态在线监测装置

技术领域

本实用新型属于石油化工领域，具体涉及一种抽油机减速器状态在线监测装置。

背景技术

减速器作为抽油机的核心组成部分，工作中会承受来自传动设备的巨大应力。一旦发生故障将引起齿轮和传动轴损坏。常见减速器故障类型及原因如下：

（1）减速箱润滑油漏油。轴头的密封部位渗出，特别是主动轴的密封圈，采用内胀式刹车的抽油机减速箱，主动轴刹车轮侧的渗漏现象更为明显；箱体接合面部位的油液渗漏；箱体上侧视孔盖部位油液渗漏；箱体底部放油孔位置漏油。

（2）减速箱齿轮损坏。包括异常磨损、断齿、剥落以及齿轮面的点蚀等。导致原因有润滑油不足，润滑油含水过高、磨损产生的金属颗粒及机械疲劳等。

（3）减速箱轴窜。导致原因有齿轮断裂、过盈量较少、齿轮在加工制造过程中出现偏斜、从动轮存在螺旋角误差、齿轮厚度偏差过大、齿轮接触面磨损、齿轮背部形成较大的变形等。

（4）减速箱轴承损坏。主要原因有负载过大、润滑油变质等。

国家推荐标准《GB/T 19832-2017石油天然气工业钻井和采油提升设备的检验、维护、修理和改造》和中石化胜利油田企业标准《SY/T 6668-2016 游梁式抽油机的安装与维护》中规定：

（1）轴承温升不超过40℃，油池温升不超过15℃，并且最高温度均不超过70℃；

（2）各密封处、接合处不得有漏油、渗油现象；

（3）运行平稳，不得有冲击、振动和不正常的响声；

（4）齿轮齿面不得有破坏性点蚀。

对减速器的检测和诊断，目前主要靠人工定时巡检方式。通过目测检查润滑油泄漏、剂量、污染情况，齿轮轴承情况；通过听或者声级计检查整机噪声。当前方式存在以下缺点：

（1）标准执行随意，定性判断，检查结果无法量化；

（2）抽油机地理位置分散，人工巡检量大，无法实现实时监测，定期巡检易导致设备维护不足或过度维护；

（3）抽油机需停机，影响正常生产，且存在人员安全风险。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的主要目的在于提供一种抽油机减速器状态在线监测装置。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

本实用新型实施例提供一种抽油机减速器状态在线监测装置，该装置包括第一测量机构、第二测量机构、供电机构、控制器；

所述第一测量机构通过连接座安装在减速器的盖板上，用于在线监测减速器外部的运行状态；

所述第二测量机构通过螺纹与连接座连接，用于在线监测减速器内部的运行状态；

所述供电机构分别与控制器连接，用于向第一测量机构、第二测量机构供电；

所述控制器分别与第一测量机构、第二测量机构连接，用于采集测量数据并且向远端控制端发送数据。

上述方案中，所述第一测量机构包括上盖、外壳、压力采集单元、振动采集单元，所述外壳设置在连接座上方，并且顶部设置上盖，所述压力采集单元设置在外壳内并且通过外部通气孔A与外壳外部的大气连通，还通过内部通气孔B与减速器油腔连通，所述振动采集单元设置在外壳内的底部，所述支撑柱设置在外壳的两侧并且顶部与上盖连接。

上述方案中，所述振动采集单元包括振动传感器、选择电路、信号放大电路、AD转换电路、电压基准电路；所述选择电路分别与信号放大电路、AD转换电路、电压基准电路连接，所述振动传感器与信号放大电路连接。

上述方案中，所述选择电路包括第四芯片U4、第十电阻R10至第十三电阻R13、第十六电容C16，所述第四芯片U4第1端经第十电阻R10接信号放大电路，第3端经第十六电容C16接地，第4端经第十二电阻R12接AD转换电路，第8端经第十一电阻R11接信号放大电路，第6端接地，第5端经第十三电阻R13接信号放大电路。

上述方案中，所述信号放大电路包括第三芯片U3、第八电阻R8、第九电阻R9、第十二电容C12至第十五电容C15、第一连接器CON1、第二连接器CON2，所述第三芯片U3的第1端经第十二电容C12后接于第2端与第一连接器CON1之间，第3端与第5端连接，第4端一路接入-6.5V，另一路经第十四电容C14接于第3端与第5端之间，第6端接第二连接器CON2，第7端一路经第第十三电容C13接于第6端和第二连接器CON2之间，另一路与选择电路连接，第8端一路接6.5V，另一路经第十五电容C15接地，所述第九电阻R9的一端接于第7端和选择电路之间，另一端接于第6端和第二连接器CON2之间；所述第十二电容C12上并联第八电阻R8并且所述第八电阻R8一侧连接选择电路。

上述方案中，所述AD转换电路包括第五芯片U5、第十七电容C17至第二十一电容C21、第十四电阻R14、第十五电阻R15，所述第五芯片U5的第1端连接第十七电容C17，第2端连接第十八电容C18，所述第十七电容C17、第十八电容C18并接后接地，第3端一路经第十九电容C19接地，另一路经第二十电容C20、第二十一电容C21接地，第4端接于第二十电容C20、第二十一电容C21之间后再经第十五电阻R15与选择电路连接，所述第十四电阻R14一端接于第十九电容C19、第二十电容C20之间，另一端与选择电路连接。

上述方案中，所述电压基准电路包括第七芯片U7、第十九电阻R19、第二十电阻R20、第三十二电容C32至第三十四电容C34，所述第七芯片U7的第1、2端共接后一路接VCC、另一路经第三十二电容C32接地，第3、4端共接地，第5、8端分别接地，第6、7端共接后经第十九电阻R19、第二十电阻R20后接地，所述第二十电阻R20上并联第三十四电容C34，所述第三十三电容C33一端接地，另一端接于第7端和第十九电阻R19之间。

上述方案中，所述供电单元设置在外壳内，包括柔性太阳能板、锂电池、电源管理PCB板，所述电源管理PCB板通过支柱横向设置在外壳内，所述锂电池设置若干个并且串接后与电源管理PCB板连接，所述电源管理PCB板与控制器连接，所述控制器分别与第一测量机构的压力采集单元、振动采集单元、第二测量机构连接；所述柔性太阳能板沿轴向设置在外壳的内壁侧，并且所述外壳为透明材质制成，所述柔性太阳能板与电源管理PCB板连接；所述外部通气孔A沿轴向设置在外壳的底部，所述内部通气孔B沿轴向设置在外壳的底部并且贯穿连接座。

上述方案中，所述第二测量机构包括电源及信号线束、杆体、液位采集单元、温度采集单元、油质采集单元，所述杆体的上端与连接座连接，下端与油质采集单元连接，所述油质采集单元设置在杆体上，所述温度采集单元设置在杆体的下侧，并且通过电源及信号线束与控制器连接。

上述方案中，所述液位采集单元包括上油位限位环、浮球、下油位限位环，所述浮球设置在杆体上，并且其上下两侧分别设置上油位限位环、下油位限位环。

与现有技术相比，本实用新型能够实时在线监测，能够实时监测抽油机减速器的运行状态，及时发现抽油机减速器的故障，为预防性维护提供数据支撑；代替人工巡检，大大减少工人劳动强度，提高工作效率；避免了重大事故的发生，减少停机停产时间，提高采油产量。

附图说明

此处所说明的附图用来公开对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例提供一种抽油机减速器状态在线监测装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供一种抽油机减速器状态在线监测装置的原理框图；

图3为本实用新型实施例提供一种抽油机减速器状态在线监测装置中选择电路的电路图；

图4为本实用新型实施例提供一种抽油机减速器状态在线监测装置中信号放大电路的电路图；

图5为本实用新型实施例提供一种抽油机减速器状态在线监测装置中AD转换电路的电路图；

图6为本实用新型实施例提供一种抽油机减速器状态在线监测装置中电压基准电路的电路图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

本实用新型实施例提供一种抽油机减速器状态在线监测装置，如图1、2所示，该装置包括第一测量机构1、第二测量机构2、供电机构、控制器；

所述第一测量机构1通过连接座108安装在减速器的盖板上，用于在线监测减速器外部的运行状态；

所述第二测量机构2通过螺纹与连接座108连接，用于在线监测减速器内部的运行状态；

所述供电机构分别与控制器连接，用于向第一测量机构1、第二测量机构2供电；

所述控制器分别与第一测量机构1、第二测量机构2连接，用于采集测量数据并且向远端控制端发送数据。

所述第一测量机构1包括上盖101、外壳102、压力采集单元106、振动采集单元107，所述外壳102设置在连接座108上方，并且顶部设置上盖101，所述压力采集单元106设置在外壳102内并且通过外部通气孔A与外壳102外部的大气连通，还通过内部通气孔B与减速器油腔连通，从而监测减速器油腔的压力变化；所述振动采集单元107设置在外壳102内的底部，从而监测减速器的振动情况。

所述供电单元设置在外壳102内并且分别与压力采集单元106、振动采集单元107连接。

所述压力采集单元106采用压差传感器。

进一步地，所述振动采集单元107包括振动传感器、选择电路、信号放大电路、AD转换电路、电压基准电路；所述选择电路分别与信号放大电路、AD转换电路、电压基准电路连接，所述振动传感器与信号放大电路连接。

所述信号放大电路将振动传感器产生的电荷转换为电压信号，并通过选择电路选择合适的放大通道进行信号放大，放大后的电压信号由AD转换电路转换为数字量并传递给控制器；电压基准电路为AD转换电路提供基准参考电压。

如图3所示，所述选择电路包括第四芯片U4、第十电阻R10至第十三电阻R13、第十六电容C16，所述第四芯片U4第1端经第十电阻R10接信号放大电路，第3端经第十六电容C16接地，第4端经第十二电阻R12接AD转换电路，第8端经第十一电阻R11接信号放大电路，第6端接地，第5端经第十三电阻R13接信号放大电路。

如图4所示，所述信号放大电路包括第三芯片U3、第八电阻R8、第九电阻R9、第十二电容C12至第十五电容C15、第一连接器CON1、第二连接器CON2，所述第三芯片U3的第1端经第十二电容C12后接于第2端与第一连接器CON1之间，第3端与第5端连接，第4端一路接入-6.5V，另一路经第十四电容C14接于第3端与第5端之间，第6端接第二连接器CON2，第7端一路经第第十三电容C13接于第6端和第二连接器CON2之间，另一路与选择电路连接，第8端一路接6.5V，另一路经第十五电容C15接地，所述第九电阻R9的一端接于第7端和选择电路之间，另一端接于第6端和第二连接器CON2之间；所述第十二电容C12上并联第八电阻R8并且所述第八电阻R8一侧连接选择电路。

如图5所示，所述AD转换电路包括第五芯片U5、第十七电容C17至第二十一电容C21、第十四电阻R14、第十五电阻R15，所述第五芯片U5的第1端连接第十七电容C17，第2端连接第十八电容C18，所述第十七电容C17、第十八电容C18并接后接地，第3端一路经第十九电容C19接地，另一路经第二十电容C20、第二十一电容C21接地，第4端接于第二十电容C20、第二十一电容C21之间后再经第十五电阻R15与选择电路连接，所述第十四电阻R14一端接于第十九电容C19、第二十电容C20之间，另一端与选择电路连接。

如图6所示，所述电压基准电路包括第七芯片U7、第十九电阻R19、第二十电阻R20、第三十二电容C32至第三十四电容C34，所述第七芯片U7的第1、2端共接后一路接VCC、另一路经第三十二电容C32接地，第3、4端共接地，第5、8端分别接地，第6、7端共接后经第十九电阻R19、第二十电阻R20后接地，所述第二十电阻R20上并联第三十四电容C34，所述第三十三电容C33一端接地，另一端接于第7端和第十九电阻R19之间。

所述供电单元包括锂电池105、电源管理PCB板，所述电源管理PCB板通过支柱横向设置在外壳102内，所述锂电池105设置若干个并且串接后与电源管理PCB板连接，所述电源管理PCB板分别与压力采集单元106、振动采集单元107连接。

所述供电单元还包括柔性太阳能板103，所述柔性太阳能板103沿轴向设置在外壳102的内壁侧，并且所述外壳102为透明材质制成，所述柔性太阳能板103与电源管理PCB板连接。

所述电源管理PCB板包括电池保护电路、充放电管理电路、电量采集电路，所述锂电池105经电池保护电路、电量采集电路与控制器连接，所述柔性太阳能板103经充放电管理电路与电池保护电路连接。

通过太阳能板+电池供电，充放电管理电路实现涓流、恒流和恒压三种充电模式，最大充电电流达350mA，充电效率95%，电池保护电路对可充电锂电池实现过电压充电保护、过电压放电保护、过电流放电保护，电量采集电路实时采集电池端电压并发送给控制器完成电池电量的监测。

这样，整个装置不需要外部电源供电，大大提高的安装的便利性。

所述支撑柱104设置在外壳102的两侧并且顶部与上盖101连接。

所述外部通气孔A沿轴向设置在外壳102的底部，所述内部通气孔B沿轴向设置在外壳102的底部并且贯穿连接座108。

所述第二测量机构2包括电源及信号线束 201、杆体202、液位采集单元、温度采集单元206、油质采集单元207，所述杆体202的上端与连接座108连接，下端与油质采集单元207连接，所述油质采集单元207设置在杆体202上，所述温度采集单元206设置在杆体202的下侧，并且通过电源及信号线束201与控制器连接；所述液位采集单元包括上油位限位环203、浮球204、下油位限位环205，所述浮球204设置在杆体202上，并且其上下两侧分别设置上油位限位环203、下油位限位环205。

所述温度采集单元206采用温度传感器。

所述油质采集单元207采用油质传感器。

所述温度采集单元206设置在杆体202的下侧，并且通过电源及信号线束 201与控制器连接，所述温度采集单元206处于下油位限位环205以下，监测减速箱油的温度变化。

所述浮球204随着油位的变化上升或下降，当油位上升浮球204的上端接触上油位限位环203，上油位监测开关接通，发出油位已到上限报警；当油位下降浮球204的下端接触上油位限位环205，下油位监测开关接通，发出油位已到下限报警。

所述控制器采集到的信息，经过单片机处理后，由zigbee模块进行数据远传。

所述振动采集单元107通过采集减速器X、Y、Z三轴振动信号，并将采集数据通过IIC接口发送给控制器，控制器通过计算得出减速器三轴振动。

所述温度采集单元206采集润滑油温度，通过单线线总线接口发送给控制器。

所述上油位限位环203、浮球204、下油位限位环205通过浮子和液位同步，通过磁效应感应浮子位置获得润滑油液位信号并发送至控制器。

所述压力采集单元106检测减速器润滑油腔与大气环境之间的微小气体流动，通过气体流动速率换算出减速器润滑油腔与大气环境之间的压差并通过IIC接口发送至控制器。

所述油质采集单元207由圆筒式电容器和电容测量电路组成，圆筒式电容器浸入润滑油中，电容测量电路测量圆筒式电容器的电容值发送给控制器，控制器通过电容值换算出润滑油介电常数和质量指标。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种抽油机减速器状态在线监测装置，其特征在于，该装置包括第一测量机构、第二测量机构、供电机构、控制器；所述第一测量机构通过连接座安装在减速器的盖板上，用于在线监测减速器外部的运行状态；所述第二测量机构通过螺纹与连接座连接，用于在线监测减速器内部的运行状态；所述供电机构分别与控制器连接，用于向第一测量机构、第二测量机构供电；所述控制器分别与第一测量机构、第二测量机构连接，用于采集测量数据并且向远端控制端发送数据。

2.根据权利要求1所述的抽油机减速器状态在线监测装置，其特征在于，所述第一测量机构包括上盖、外壳、支撑柱、压力采集单元和振动采集单元，所述外壳设置在连接座上方，并且顶部设置上盖，所述压力采集单元设置在外壳内并且通过外部通气孔A与外壳外部的大气连通，还通过内部通气孔B与减速器油腔连通，所述振动采集单元设置在外壳内的底部，所述支撑柱设置在外壳的两侧并且顶部与上盖连接。

3.根据权利要求2所述的抽油机减速器状态在线监测装置，其特征在于，所述振动采集单元包括振动传感器、选择电路、信号放大电路、AD转换电路、电压基准电路；所述选择电路分别与信号放大电路、AD转换电路、电压基准电路连接，所述振动传感器与信号放大电路连接。

4.根据权利要求3所述的抽油机减速器状态在线监测装置，其特征在于，所述选择电路包括第四芯片U4、第十电阻R10至第十三电阻R13、第十六电容C16，所述第四芯片U4第1端经第十电阻R10接信号放大电路，第3端经第十六电容C16接地，第4端经第十二电阻R12接AD转换电路，第8端经第十一电阻R11接信号放大电路，第6端接地，第5端经第十三电阻R13接信号放大电路。

5.根据权利要求4所述的抽油机减速器状态在线监测装置，其特征在于，所述信号放大电路包括第三芯片U3、第八电阻R8、第九电阻R9、第十二电容C12至第十五电容C15、第一连接器CON1、第二连接器CON2，所述第三芯片U3的第1端经第十二电容C12后接于第2端与第一连接器CON1之间，第3端与第5端连接，第4端一路接入-6.5V，另一路经第十四电容C14接于第3端与第5端之间，第6端接第二连接器CON2，第7端一路经第第十三电容C13接于第6端和第二连接器CON2之间，另一路与选择电路连接，第8端一路接6.5V，另一路经第十五电容C15接地，所述第九电阻R9的一端接于第7端和选择电路之间，另一端接于第6端和第二连接器CON2之间；所述第十二电容C12上并联第八电阻R8并且所述第八电阻R8一侧连接选择电路。

6.根据权利要求5所述的抽油机减速器状态在线监测装置，其特征在于，所述AD转换电路包括第五芯片U5、第十七电容C17至第二十一电容C21、第十四电阻R14、第十五电阻R15，所述第五芯片U5的第1端连接第十七电容C17，第2端连接第十八电容C18，所述第十七电容C17、第十八电容C18并接后接地，第3端一路经第十九电容C19接地，另一路经第二十电容C20、第二十一电容C21接地，第4端接于第二十电容C20、第二十一电容C21之间后再经第十五电阻R15与选择电路连接，所述第十四电阻R14一端接于第十九电容C19、第二十电容C20之间，另一端与选择电路连接。

7.根据权利要求6所述的抽油机减速器状态在线监测装置，其特征在于，所述电压基准电路包括第七芯片U7、第十九电阻R19、第二十电阻R20、第三十二电容C32、第三十三电容C33和第三十四电容C34，所述第七芯片U7的第1、2端共接后一路接VCC、另一路经第三十二电容C32接地，第3、4端共接地，第5、8端分别接地，第6、7端共接后经第十九电阻R19、第二十电阻R20后接地，所述第二十电阻R20上并联第三十四电容C34，所述第三十三电容C33一端接地，另一端接于第7端和第十九电阻R19之间。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的抽油机减速器状态在线监测装置，其特征在于，所述供电机构设置在外壳内，包括柔性太阳能板、锂电池、电源管理PCB板，所述电源管理PCB板通过支柱横向设置在外壳内，所述锂电池设置若干个并且串接后与电源管理PCB板连接，所述电源管理PCB板与控制器连接，所述控制器分别与第一测量机构的压力采集单元、振动采集单元、第二测量机构连接；所述柔性太阳能板沿轴向设置在外壳的内壁侧，并且所述外壳为透明材质制成，所述柔性太阳能板与电源管理PCB板连接；所述外壳上还是设有外部通气孔A和内部通气孔B，所述外部通气孔A沿轴向设置在外壳的底部，所述内部通气孔B沿轴向设置在外壳的底部并且贯穿连接座。

9.根据权利要求8所述的抽油机减速器状态在线监测装置，其特征在于，所述第二测量机构包括电源及信号线束、杆体、液位采集单元、温度采集单元、油质采集单元，所述杆体的上端与连接座连接，下端与油质采集单元连接，所述油质采集单元设置在杆体上，所述温度采集单元设置在杆体的下侧，并且通过电源及信号线束与控制器连接。

10.根据权利要求9所述的抽油机减速器状态在线监测装置，其特征在于，所述液位采集单元包括上油位限位环、浮球、下油位限位环，所述浮球设置在杆体上，并且其上下两侧分别设置上油位限位环、下油位限位环。

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