專利名稱：游梁抽油機(jī)機(jī)械平衡調(diào)節(jié)裝置電控制儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型是調(diào)節(jié)抽油機(jī)機(jī)械平衡的電控儀表。
目前，石油行業(yè)中絕大多數(shù)的油井，使用機(jī)械抽油機(jī)從地下采油。而常規(guī)游梁抽油機(jī)(


圖1)又是最廣泛使用的機(jī)型，全國在用的這類抽油機(jī)有九萬多臺。由于井下油泵系統(tǒng)在提升和下降過程中所需要的外力不相等，在油泵(7)的往復(fù)過程中，抽油機(jī)扭矩不平衡，即機(jī)械不平衡。由此，導(dǎo)致抽油機(jī)的驅(qū)動電機(jī)(2)在油泵(7)提升和下降段工作電流不相等，稱為電流不平衡。從而使電機(jī)的銅損增大，浪費(fèi)電能，平均損失能達(dá)到15～20％。游梁抽油機(jī)的齒輪減速機(jī)(3)曲柄(4)上設(shè)置有配重塊(5)，可以用來調(diào)整機(jī)械平衡。但必須停機(jī)調(diào)整，操作困難。調(diào)整也很難保證電流平衡率(電流平衡率是泵下降段和上升段驅(qū)動電機(jī)的峰值電流比)在0.9以上。為此，開發(fā)了異相型、前置型等變種的游梁抽油機(jī)，但仍不完美。有本人參與的“游梁抽油機(jī)械平衡調(diào)節(jié)裝置”(中國專利申請?zhí)?7224138.8)提出了在抽油機(jī)的游梁(6)上增設(shè)一套機(jī)械平衡調(diào)節(jié)裝置(圖2)的辦法，通過伺服電機(jī)(11)轉(zhuǎn)動，經(jīng)行星減速機(jī)(10)聯(lián)絲杠(8)，托動附加重塊(9)(以下稱重塊)在游梁上作直線往復(fù)運(yùn)動，調(diào)整機(jī)械平衡，徹底改變一直延用的靜態(tài)調(diào)整方式，實現(xiàn)動態(tài)地調(diào)整電流平衡，其中必須由本電控制儀來實現(xiàn)調(diào)整。
設(shè)計本實用新型的基本思路是采用電流互感器，在配電箱(1)里，驅(qū)動電機(jī)(2)的三相電源中的任一相上，監(jiān)測工作電流并取樣。通過儀表內(nèi)的電路系統(tǒng)，對抽油機(jī)的機(jī)械平衡調(diào)節(jié)裝置實施動態(tài)電控制，確保在外部條件變化時，保持電流平衡。
參考圖三，電控制儀工作原理框圖，可以了解本實用新型調(diào)制機(jī)械平衡調(diào)節(jié)裝置的工作原理。電控制儀的電流互感器(12)，從驅(qū)動電機(jī)(2)任一相的電路上，取出電流信號，進(jìn)行分析計算，比較和貯存，當(dāng)泵上升段和下降段的峰值電流不相等時，啟動伺服電機(jī)(11)，托動重塊(9)向一個方面移動。在下一個泵運(yùn)動的周期，經(jīng)取樣比較，峰值電流差值應(yīng)該減小，表明重塊移動方向正確。反之，伺服電機(jī)將自動反轉(zhuǎn)，重塊向相反方向移動。經(jīng)過多次反復(fù)取樣比較，當(dāng)調(diào)整到峰值電流差值小于設(shè)定的允許誤差時，伺服電機(jī)停止轉(zhuǎn)動，重塊停止移動，完成了機(jī)械平衡的調(diào)整。此時，表現(xiàn)為泵上升和下降段的峰值電流基本相等，即電流平衡。只要抽油機(jī)在工作，電流互感器(12)就不斷在測取電流信號，無論由什么原因出現(xiàn)的機(jī)械不平衡，反映出泵上升和下降段峰值電流差超過設(shè)定值，電控制儀將重復(fù)上述的工作過程，調(diào)制機(jī)械平衡調(diào)節(jié)裝置，保持動態(tài)的電流平衡?？梢员ＷC電流平衡率由0.63調(diào)到并穩(wěn)定在0.98。
圖4為本實用新型實施例的主體電路圖，也是摘要附圖。其主要特征是在驅(qū)動電機(jī)(2)三相電源中任一相上設(shè)電流互感器(12)，在(12)的輸出端并接能將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號的電阻(13)，用于實現(xiàn)交直流轉(zhuǎn)換的橋式整流單元(14)，并接在(13)的輸出側(cè)。(14)的直流輸出端接濾波電解電容(15)，再聯(lián)接有放大功能的射極跟隨器(16)的輸入端。(16)供電端接+5V機(jī)內(nèi)電源。(16)的輸出端接電壓與頻率轉(zhuǎn)換器(17)的輸入端。(17)供電端接+15V電源。由光電二級管(19)和光電三級管(20)組成的光電耦合器(21)。作為(19)負(fù)載的串接電阻(18)接+15V電源，(19)的正極接(17)的輸出端。(20)的發(fā)射極接信號電阻(22)與具有貯存、計算、比較和分析等功能的微處理器(23)的輸入端聯(lián)接。(20)的集電極與(23)供電端接+5V電源。(23)的輸出端聯(lián)接執(zhí)行器(承擔(dān)伺服電機(jī)正反轉(zhuǎn)功能)的兩個無觸點開關(guān)(24)和(25)。再由(24)、(25)接伺服電機(jī)(11)。以上聯(lián)接構(gòu)成其主體電路。
用本實施例調(diào)制機(jī)械平衡調(diào)節(jié)裝置的過程是電流互感器(12)，測出的交流電流，在電阻(13)上形成交流電壓降，經(jīng)橋式整流單元(14)和電容(15)實現(xiàn)交流直流轉(zhuǎn)換。由射極跟隨器(16)放大，再經(jīng)過電壓與頻率轉(zhuǎn)換器(17)變換成模擬信號。為提高抗干擾能力，通過光電耦合器(21)將信號送入具有貯存、計算、比較和分析功能的微處理器(23)。按時標(biāo)規(guī)定，每4毫秒在微處理器內(nèi)完成一次取樣的記錄和貯存，并進(jìn)一步完成下面的動作。當(dāng)1/2周期(油泵上下往復(fù)一次的時間為周期)運(yùn)動完成，計算出該段平均電流值，確定峰值電流。以下1/2周期運(yùn)動完成，同樣計算出平均電流，確定峰值電流。比較兩個1/2周期的峰值電流，再計算出電流差值，當(dāng)實際的電流差大于設(shè)定的電流差時，一個無觸點開關(guān)(24)，導(dǎo)通，轉(zhuǎn)動伺服電機(jī)(11)，托動重塊(9)改變位置。在下一個周期，兩個1/2周期的峰值電流差應(yīng)小于上一個周期的峰值電流差，伺服電機(jī)繼續(xù)托動重塊移動。如果先后兩個周期峰值電流差沒有減小，反而加大，導(dǎo)通的開關(guān)(24)自行關(guān)閉，開啟另一個無觸點開關(guān)(25)，使伺服電機(jī)(11)反轉(zhuǎn)。在兩個1/2周期峰值電流差小于設(shè)定的電流差值時，導(dǎo)通的開關(guān)關(guān)斷，伺服電機(jī)停止轉(zhuǎn)動，找到電流的平衡點，實現(xiàn)了電流平衡。
本電控制儀盤面上設(shè)有六位LED顯示屏，可以分別顯示各段平均電流、峰值電流和電流平衡率。備有聯(lián)接打印機(jī)的插孔，接打印機(jī)能把顯示屏顯示的各種數(shù)據(jù)打印記錄。本儀表中的時標(biāo)、顯示、記錄和整流電源等部分電路為常規(guī)電路，不再敘述。本儀表設(shè)有手動開關(guān)，用于在未實施自動控制時，可以人為地啟動伺服電機(jī)，改變重塊位置。
本實施例具體技術(shù)參數(shù)1、工作電流取樣范圍0-150A2、平衡電流精度＜0.5A3、使用環(huán)境溫度-40～+60℃
4、使用環(huán)境濕度＜90％5、工作狀態(tài)連續(xù)6、儀表額定功率＜20W電控制儀調(diào)制機(jī)械平衡調(diào)節(jié)裝置的應(yīng)用，可以使每臺抽油機(jī)(以6型機(jī)為例)每年可以節(jié)約電費(fèi)1萬元以上(電費(fèi)以每千瓦小時0.5元計算)。同時，可以減小抽油機(jī)驅(qū)動電機(jī)的額定功率。采油企業(yè)能夠從中獲得相當(dāng)可觀的直接經(jīng)濟(jì)效益。節(jié)省清潔能源消耗，無疑具有良好的環(huán)境效益和深遠(yuǎn)的社會意義。
權(quán)利要求1.一種調(diào)節(jié)游梁抽油機(jī)機(jī)械平衡的電控制儀，其主體電路包括電流取樣器、交直流轉(zhuǎn)換放大器、電壓與頻率轉(zhuǎn)換器、光電耦合器、微處理器和執(zhí)行器等部分構(gòu)成；其特征在驅(qū)動電機(jī)(2)三相電源中的任何一相上，設(shè)置電流互感器(12)，在(12)的輸出端并接電阻(13)，橋式整流單元(14)并接在(13)的輸出側(cè)，(14)的直流輸出端接電解電容(15)，再聯(lián)接射極跟隨器(16)的輸入端，(16)的輸出端接電壓與頻率轉(zhuǎn)換器(17)的輸入端，光電二、三極管(19)、(20)組成光電耦合器(21)，(19)的正極接(17)的輸出端，(20)的發(fā)射極接電阻(22)與微處理器(23)的輸入端聯(lián)接，(23)的輸出端聯(lián)接兩個無觸點開關(guān)(24)和(25)，再由(24)、(25)接伺服電機(jī)(11)。
專利摘要一種調(diào)節(jié)游梁抽油機(jī)機(jī)械平衡的電控制儀，屬于電控儀表。其主體電路包括電流取樣器、交直流轉(zhuǎn)換放大器、電壓與頻率轉(zhuǎn)換器、光電耦合器、微處理器、執(zhí)行器等部分組成。能夠動態(tài)地調(diào)整附加在抽油機(jī)上的機(jī)械平衡調(diào)節(jié)裝置，協(xié)同機(jī)械平衡調(diào)節(jié)裝置的應(yīng)用，可使每臺抽油機(jī)每年節(jié)約電費(fèi)萬元以上，具有重大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。
文檔編號E21B43/00GK2336092SQ9821139
公開日1999年9月1日 申請日期1998年2月18日 優(yōu)先權(quán)日1998年2月18日
發(fā)明者李鳳翔, 李撫生 申請人:李撫生, 李鳳翔