智慧型節(jié)能抽油機(jī)的制作方法
【專利摘要】一種智慧型節(jié)能抽油機(jī)，包括游梁、驢頭、尾梁、支架、底座、主電機(jī)、曲柄、連桿、懸繩器、智能控制柜和若干工況傳感器，其中，主電機(jī)采用低速恒轉(zhuǎn)矩永磁直驅(qū)電機(jī)，電機(jī)軸直接與曲柄連接，曲柄離心端通過連桿與游梁連接，在游梁上設(shè)置有外置式精調(diào)平衡裝置或內(nèi)置式精調(diào)平衡裝置，游梁的尾端設(shè)置有尾梁平衡裝置，在智能控制柜中設(shè)有電控單元和遠(yuǎn)程終端智能單元，遠(yuǎn)程終端智能單元與電控單元有線連接，遠(yuǎn)程終端智能單元與各工況傳感器無線連接。本實用新型智能自動化程度高，功率因數(shù)高、平衡度調(diào)節(jié)精準(zhǔn)，節(jié)能效果好，較傳統(tǒng)游梁式抽油機(jī)可有效節(jié)能40%以上。
【專利說明】
智慧型節(jié)能抽油機(jī)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型屬于抽油設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種智慧型節(jié)能抽油機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]抽油機(jī)是油田主要耗能設(shè)備，目前油田中所使用的抽油機(jī)絕大部分是游梁式抽油機(jī)。這種抽油機(jī)由普通電機(jī)驅(qū)動，經(jīng)多級減速箱并經(jīng)連桿和游梁作往復(fù)運(yùn)動。由于抽油機(jī)工作時是一種帶有沖擊性的周期交變負(fù)載，為保障運(yùn)行時有足夠的過載能力，往往采用最大容量的驅(qū)動電動機(jī)，普遍存在“大馬拉小車”的問題，且電動機(jī)運(yùn)行時需經(jīng)多級減速箱和連桿機(jī)構(gòu)輸出，需要消耗大量動力，導(dǎo)致運(yùn)行效率和功率因數(shù)都很低，一般系統(tǒng)整體效率只有30%?40%。另外，游梁式抽油機(jī)工作時，因懸點(diǎn)載荷變化的不均勻性使得抽油機(jī)平衡效果差，導(dǎo)致磨損與能耗大、穩(wěn)定性差，為了減少這種載荷的不均勻性，游梁式抽油機(jī)普遍加裝了平衡裝置，部分抽油機(jī)安裝有平衡錘并固定在曲柄上，但這種方式的負(fù)荷和離心力較大，還有部分抽油機(jī)在游梁上安裝有平衡裝置或平衡配重，通過人工移動配重物位置或人工加減配重物質(zhì)量改變平衡力矩來調(diào)節(jié)平衡，這兩種平衡方法或二者構(gòu)成的復(fù)合平衡，仍存在笨重且耗時耗力、平衡過輕或平衡過重導(dǎo)致調(diào)節(jié)范圍極為有限，平衡精度效果不佳和維護(hù)成本高的缺點(diǎn)，因此現(xiàn)有游梁式抽油機(jī)無法很好的適應(yīng)載荷的動態(tài)變化，一般靠增大電動機(jī)的輸出功率來彌補(bǔ)，這樣就增大了抽油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的能耗，而且抽油機(jī)運(yùn)行時工況噪音巨大。另夕卜，抽油機(jī)的智能自動化控制水平也存在滯后缺陷，地面和井下情況無法實時并真實有效的納入智能控制系統(tǒng)，在油田生產(chǎn)復(fù)雜工況條件下存在明顯的局限性，特別是沖次和平衡不能實現(xiàn)自動且無損耗或低損耗調(diào)整，平衡精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)載荷變化。如2015年7月15日公開的公布號為CN 104775792 A的智能抽油機(jī)發(fā)明專利申請，該智能抽油機(jī)雖然實現(xiàn)了自動調(diào)整平衡度的功能，但是受其傳動機(jī)構(gòu)和普通電機(jī)的限制，使該機(jī)的平衡度調(diào)節(jié)粗礦，不夠精準(zhǔn)，并且調(diào)節(jié)范圍有限。同時，該抽油機(jī)還存在電機(jī)功率因數(shù)小、傳動鏈長、結(jié)構(gòu)復(fù)雜和能耗損失大的缺陷。且在油田抽油作業(yè)中，抽油桿輕微卡阻的情況時有發(fā)生，一旦出現(xiàn)抽油桿輕微卡阻，抽油桿下落速度慢于驢頭下落速度，則出現(xiàn)過平衡現(xiàn)象，將造成電機(jī)負(fù)載急劇加重，能耗極大，并且可能造成停機(jī)或電機(jī)燒毀，嚴(yán)重影響油田作業(yè)。
[0003]我國油田抽油機(jī)現(xiàn)逾10萬臺，年耗電量達(dá)數(shù)百億kWh，年維護(hù)管理費(fèi)用也是一筆龐大消耗。因此，針對我國油氣田開發(fā)現(xiàn)狀，為滿足數(shù)字化油田建設(shè)和節(jié)能降耗的需要，研制開發(fā)高效節(jié)能的智慧型油田抽油機(jī)具有非常重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實用新型的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種功率因數(shù)高、節(jié)能效果好，智能控制自動化程度高，能夠確保平衡度調(diào)節(jié)精確，并能有效降低操作人員勞動強(qiáng)度，實現(xiàn)精細(xì)化管理，提高抽油效率和設(shè)備使用壽命的智慧型節(jié)能抽油機(jī)。
[0005]為實現(xiàn)本實用新型的目的所采用的技術(shù)方案是:該智慧型節(jié)能抽油機(jī)包括游梁、驢頭、尾梁、支架、底座、主電機(jī)、曲柄、連桿、懸繩器、智能控制柜和若干工況傳感器，工況傳感器包括位于懸繩器上的載荷傳感器、位于游梁與支架連接處上部的角位移傳感器以及分別位于井口上的液位傳感器、壓力傳感器、流量變送器和溫濕度傳感器，在游梁的尾端設(shè)置有尾梁平衡裝置，該裝置包括裝配在尾梁本體上的尾梁配重箱和驅(qū)動該配重箱移動的步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)設(shè)置在游梁上，通過萬向聯(lián)軸器與設(shè)置在尾梁上的滑動絲杠連接，通過該滑動絲杠帶動尾梁配重箱在尾梁上移動，其特征在于:主電機(jī)采用低速恒轉(zhuǎn)矩永磁直驅(qū)電機(jī)，電機(jī)軸直接與曲柄連接，曲柄離心端通過連桿與游梁連接，在游梁上設(shè)置有外置式精調(diào)平衡裝置或內(nèi)置式精調(diào)平衡裝置，在智能控制柜中設(shè)有電控單元和遠(yuǎn)程終端智能單元，遠(yuǎn)程終端智能單元與電控單元有線連接，遠(yuǎn)程終端智能單元與各工況傳感器無線連接。
[0006]所述外置式精調(diào)平衡裝置位于結(jié)構(gòu)為工字鋼的游梁頂部，該裝置包括由左向右依次設(shè)在游梁頂部的伺服電機(jī)、左支座和右支座，左支座和右支座之間設(shè)有與游梁平行的絲杠，伺服電機(jī)驅(qū)動該絲杠旋轉(zhuǎn)，在絲杠上穿設(shè)有與其螺紋配合連接的精調(diào)配重箱，該配重箱的垂直截面呈倒U型結(jié)構(gòu)，騎跨在游梁上，并設(shè)有沿游梁上表面滾動的左、右滾輪，箱內(nèi)盛裝有精調(diào)配重塊。
[0007]所述內(nèi)置式平衡精調(diào)裝置位于結(jié)構(gòu)為矩形筒體的游梁體內(nèi)，該裝置包括由左向右依次設(shè)在游梁體內(nèi)的伺服電機(jī)、左支座和右支座，左支座和右支座之間設(shè)有與游梁平行的絲杠，該絲杠與伺服電機(jī)連接，絲杠上穿裝有與其螺紋配合連接的精調(diào)配重鉛塊。
[0008]所述電控單元包括變壓器、主驅(qū)動模塊和平衡驅(qū)動模塊，其中，主驅(qū)動模塊與抽油機(jī)的主電機(jī)導(dǎo)線連接，平衡驅(qū)動模塊分別與尾梁平衡裝置和精調(diào)平衡裝置導(dǎo)線連接，變壓器與遠(yuǎn)程終端智能單元導(dǎo)線連接，所述主驅(qū)動模塊，包括斷路器、電力監(jiān)控模塊、接觸器和具有相位控制功能的變頻器，用于電參數(shù)的測量以及實現(xiàn)對電力的輸入輸出控制;所述平衡驅(qū)動模塊，包括斷路器、熱過載繼電器、正反向接觸器和伺服控制器，用于驅(qū)動并控制尾梁平衡裝置上的步進(jìn)電機(jī)以及游梁上設(shè)置的外置式精調(diào)平衡裝置或內(nèi)置式精調(diào)平衡裝置上的伺服電機(jī)。
[0009]所述遠(yuǎn)程終端智能單元包括通訊模塊、數(shù)/模混合采集模塊、數(shù)據(jù)運(yùn)算模塊、運(yùn)行控制模塊和顯示模塊，所述數(shù)/?；旌喜杉K，用于數(shù)字量和模擬量的計量數(shù)據(jù)采集、測量數(shù)據(jù)采集和設(shè)備開關(guān)狀態(tài)采集;所述數(shù)據(jù)運(yùn)算模塊，包括CPU和存儲器，用于負(fù)責(zé)處理各種信息數(shù)據(jù)，經(jīng)運(yùn)算處理后輸出并存儲各種臨時或永久性數(shù)據(jù);所述運(yùn)行控制模塊，用于對開關(guān)按鈕自動控制和將邏輯指令轉(zhuǎn)化為控制動作，最終實現(xiàn)對抽油機(jī)的運(yùn)行控制;所述顯示模塊包括顯示屏或儀表，用于顯示抽油機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行情況及各類警告信息；所述通訊模塊包括RJ45或RS485或RS232或USB輸入輸出端口與線纜，以及ZigBee或GPRS無線模塊，用于智能控制柜內(nèi)各單元及模塊之間通訊連接、數(shù)據(jù)信息傳輸以及與各工況傳感器無線通訊連接和外部互聯(lián)通訊。
[0010]本實用新型的有益效果:
[0011]1、采用低速恒轉(zhuǎn)矩永磁直驅(qū)電機(jī)，通過具有相位控制功能的變頻器實現(xiàn)了 O?7轉(zhuǎn)無級調(diào)速，且所需啟動電壓小，轉(zhuǎn)矩密度大，可直接驅(qū)動主電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，實現(xiàn)了直驅(qū)，減少了能量傳遞路徑，與普通電動機(jī)相比，節(jié)能效果顯著，有效地解決了“大馬拉小車”的問題。同時，取消了傳統(tǒng)抽油機(jī)的多級減速和傳動機(jī)構(gòu)，使抽油機(jī)結(jié)構(gòu)大為簡化，沖次調(diào)節(jié)便捷，并且大大降低了整機(jī)的運(yùn)行噪音，現(xiàn)場噪音低于40分貝。由于該電機(jī)具有趨近I的超高功率因數(shù)和效率，功率因數(shù)可達(dá)0.98，電機(jī)效率可達(dá)0.94，綜合節(jié)電率可達(dá)40%以上，由此可進(jìn)一步降低能耗，提高整機(jī)系統(tǒng)效率，達(dá)到有效節(jié)能的目的。
[0012]2、本實用新型通過智能化處理分析，能夠根據(jù)實時監(jiān)測的平衡度變量，在尾梁平衡裝置和游梁上的精調(diào)平衡裝置兩級平衡互為協(xié)同的作用下，使平衡調(diào)節(jié)范圍增大，平衡精確度得以提高，實現(xiàn)了平衡度精確調(diào)整到趨近100%的最佳實用功效，由此進(jìn)一步強(qiáng)化了抽油機(jī)的平衡效果，達(dá)到節(jié)能降耗，提高系統(tǒng)效率，延長抽油機(jī)和電機(jī)使用壽命的有益效果O
[0013]3、本實用新型的智能控制柜具備運(yùn)算處理分析、示功圖繪制分析技術(shù)、井筒和地面條件模擬分析和智能故障診斷排錯等功能，能夠確保抽油機(jī)在最優(yōu)參數(shù)下運(yùn)行，并能實時監(jiān)測管理抽油機(jī)的工作運(yùn)行狀態(tài)，不僅可以根據(jù)沖程、沖次、栗徑、抽油桿壓力、原油密度等現(xiàn)場因素還可根據(jù)油井的供排關(guān)系等外界因素實時對抽油機(jī)生產(chǎn)進(jìn)行優(yōu)化，促使系統(tǒng)效率的最大化發(fā)揮，減少不必要的浪費(fèi)，實現(xiàn)抽油機(jī)智能自動化控制和精細(xì)化管理。
[0014]4、管理人員可以通過無線傳輸方式遙測遙控終端設(shè)備取代現(xiàn)場總線，完成
[0015]抽油機(jī)設(shè)備的調(diào)試、程序下載、故障診斷等工作，也可以通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對抽油機(jī)的控制，將當(dāng)前抽油機(jī)數(shù)據(jù)顯示到自己的計算機(jī)上，通過計算機(jī)對抽油機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)安排調(diào)整、監(jiān)測、控制、軟件升級、安裝程序等工作，可以實現(xiàn)抽油機(jī)在沒有人或較少人的直接參與下，按照預(yù)設(shè)的要求，經(jīng)過自動采集、自動信息處理、自動分析判斷和自動操縱控制，達(dá)到完全的智能自動化生產(chǎn)與精細(xì)化管理，完成預(yù)期生產(chǎn)目標(biāo)。
[0016]5、本實用新型通過游梁上的精調(diào)平衡裝置可以有效實現(xiàn)逆向調(diào)平衡，在出現(xiàn)抽油桿輕微卡阻時，通過精調(diào)平衡裝置向驢頭方向移動，使抽油機(jī)達(dá)到平衡，并通過多次抽拉抽油桿，即可自動解決抽油桿輕微卡阻的問題，既保障了主電機(jī)的安全、穩(wěn)定、可靠性，又避免了大量的人力物力投入，使抽油桿輕微卡阻的故障問題得到快速、有效地自動消除解決。
[0017]6、本實用新型的外置式精調(diào)平衡裝置中的精調(diào)配重箱采用倒U型的結(jié)構(gòu)，游梁本體位于倒U型結(jié)構(gòu)的U型槽內(nèi)，保證了配重箱在游梁體上左右移動時不會產(chǎn)生前后方向的偏重，穩(wěn)定性較好，配重箱的重量能夠全部作用于對游梁的平衡上;通過絲杠絲母傳動帶動配重箱移動，從而實現(xiàn)抽油機(jī)平衡度的調(diào)節(jié)。并且還可通過調(diào)整配重箱內(nèi)配重塊數(shù)量，對配重箱重量進(jìn)行調(diào)整，有效擴(kuò)大抽油機(jī)平衡度的調(diào)節(jié)范圍。內(nèi)置式精調(diào)平衡裝置因各組件均位于游梁體內(nèi)，受外部環(huán)境影響較小，故具有長效免維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)。本實用新型的精調(diào)平衡裝置也適用于傳統(tǒng)的曲柄上帶有平衡錘的游梁式抽油機(jī)的平衡改造。
【附圖說明】
[0018]圖1是本實用新型實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2是本實用新型中精調(diào)配重箱的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖3是圖2的側(cè)視圖；
[0021]圖4是本實用新型主電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖5是本實用新型實施例二的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖6是本實用新型的控制系統(tǒng)框圖。
【具體實施方式】
[0024]以下通過優(yōu)選實施例對本實用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但本實用新型的保護(hù)范圍并不局限于此。
[0025]實施例一
[0026]參看圖1、圖2、圖3，一種智慧型節(jié)能抽油機(jī)包括游梁11、驢頭18、尾梁7、支架20、底座2、主電機(jī)4、曲柄3、連桿5、懸繩器19、智能控制柜I和若干工況傳感器，工況傳感器包括位于懸繩器19上的載荷傳感器21、位于游梁11與支架20連接處上部的角位移傳感器12以及分別位于井口上的液位傳感器22、壓力傳感器23、流量變送器24和溫濕度傳感器25，在游梁11的尾端設(shè)置有尾梁平衡裝置，該裝置包括裝配在尾梁7本體上的尾梁配重箱6和驅(qū)動該配重箱移動的步進(jìn)電機(jī)10，步進(jìn)電機(jī)10設(shè)置在游梁11上，通過萬向聯(lián)軸器9與設(shè)置在尾梁7上的滑動絲杠8連接，通過該滑動絲杠8帶動尾梁配重箱6在尾梁7上移動，主電機(jī)4采用低速恒轉(zhuǎn)矩永磁直驅(qū)電機(jī)，電機(jī)軸直接與曲柄3連接，曲柄3離心端通過連桿5與游梁11連接，在本實施例一中，游梁11采用的是工字鋼結(jié)構(gòu)，游梁11上設(shè)有外置式精調(diào)平衡裝置，該裝置包括由左向右依次設(shè)在游梁11頂部的伺服電機(jī)13a、左支座14a和右支座16a，左支座14a和右支座16a之間設(shè)有與游梁11平行的絲杠15a，伺服電機(jī)13a驅(qū)動該絲杠旋轉(zhuǎn)，絲杠15a上穿設(shè)有與其螺紋配合連接的精調(diào)配重箱17a，該配重箱的垂直截面呈倒U型結(jié)構(gòu)，騎跨在游梁11上，精調(diào)配重箱17a的U型結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)有沿游梁11上表面滾動的兩組滾輪29和與絲杠螺紋連接的絲杠安裝孔28，精調(diào)配重箱17a內(nèi)盛裝有配重塊26，精調(diào)配重箱17a的外側(cè)設(shè)置有配重塊擋桿27，對配重塊26進(jìn)行限位。
[0027]參看圖4，所述主電機(jī)4采用的是轉(zhuǎn)數(shù)為O?7轉(zhuǎn)的低速恒轉(zhuǎn)矩永磁直驅(qū)電機(jī)，該電機(jī)包括電機(jī)轉(zhuǎn)軸30，由電機(jī)轉(zhuǎn)軸30向外依次為由內(nèi)層鐵芯31、內(nèi)層磁鋼32構(gòu)成的轉(zhuǎn)子和由外層磁鋼35、外層鐵芯36構(gòu)成的定子，以及設(shè)置在轉(zhuǎn)子和定子間的帶有鐵芯33的調(diào)磁繞組34，通過磁傳遞實現(xiàn)物理減速，通過改變勵磁電流，即改變調(diào)磁繞組及鐵芯的交變旋轉(zhuǎn)磁場頻率來實現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，并由具有相位調(diào)節(jié)功能的變頻器對恒轉(zhuǎn)矩驅(qū)動結(jié)構(gòu)的磁極對應(yīng)位置進(jìn)行精準(zhǔn)控制，實現(xiàn)大慣量平穩(wěn)啟動，配合平衡調(diào)節(jié)裝置和平衡驅(qū)動模塊，實現(xiàn)抽油工況40%以上的節(jié)能效果。本實用新型所用的低速恒轉(zhuǎn)矩永磁直驅(qū)電機(jī)可在“綿陽賽恩新能源科技有限公司”直接購置。
[0028]在智能控制柜I中設(shè)有電控單元和遠(yuǎn)程終端智能單元，電控單元包括變壓器、主驅(qū)動模塊和平衡驅(qū)動模塊，其中，主驅(qū)動模塊與抽油機(jī)的主電機(jī)4導(dǎo)線連接，平衡驅(qū)動模塊分別與尾梁平衡裝置和游梁11上的外置式精調(diào)平衡裝置或內(nèi)置式精調(diào)平衡裝置導(dǎo)線連接，變壓器與遠(yuǎn)程終端智能單元導(dǎo)線連接，遠(yuǎn)程終端智能單元包括通訊模塊、數(shù)/?；旌喜杉K、數(shù)據(jù)運(yùn)算模塊、運(yùn)行控制模塊和顯示模塊，遠(yuǎn)程終端智能單元與電控單元通過通訊模塊有線連接，并通過通訊模塊與各工況傳感器無線連接。
[0029]所述主驅(qū)動模塊，包括斷路器、電力監(jiān)控模塊、接觸器和具有相位控制功能的變頻器，用于電參數(shù)的測量以及實現(xiàn)對電力的輸入輸出控制。
[0030]所述平衡驅(qū)動模塊，包括斷路器、熱過載繼電器、正反向接觸器和伺服控制器，用于驅(qū)動并控制尾梁平衡裝置上的步進(jìn)電機(jī)10以及游梁11上設(shè)置的外置式精調(diào)平衡裝置或內(nèi)置式精調(diào)平衡裝置上的伺服電機(jī)13a、13b。
[0031 ]所述數(shù)/?；旌喜杉K，用于數(shù)字量和模擬量的計量數(shù)據(jù)采集、測量數(shù)據(jù)采集和設(shè)備開關(guān)狀態(tài)采集。
[0032]所述數(shù)據(jù)運(yùn)算模塊，包括CPU和存儲器，用于負(fù)責(zé)處理各種信息數(shù)據(jù)，經(jīng)運(yùn)算處理后輸出并存儲各種臨時或永久性數(shù)據(jù)。
[0033]所述運(yùn)行控制模塊，用于對開關(guān)按鈕自動控制和將邏輯指令轉(zhuǎn)化為控制動作，最終實現(xiàn)對抽油機(jī)的運(yùn)行控制。
[0034]所述通訊模塊包括RJ45或RS485或RS232或USB輸入輸出端口與線纜，以及ZigBee或GPRS無線模塊，用于智能控制柜I內(nèi)各單元及模塊之間通訊連接和數(shù)據(jù)信息傳輸以及與外部互聯(lián)通訊。
[0035]所述顯示模塊包括顯示屏或儀表，用于顯示抽油機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行情況及各類警告信息。
[0036]實施例二
[0037]參看圖5，本實施例與實施例一的不同之處在于:當(dāng)游梁11采用的是矩形筒體結(jié)構(gòu)時，內(nèi)置式平衡精調(diào)裝置設(shè)于游梁體內(nèi)，該裝置包括由左向右依次設(shè)在游梁11體內(nèi)的伺服電機(jī)13b、左支座14b和右支座16b，左支座14b和右支座16b之間設(shè)有與游梁11平行的絲杠15b，該絲杠與伺服電機(jī)13b連接，絲杠15b上穿裝有與其螺紋配合連接的精調(diào)配重鉛塊17b。
[0038]參看圖6是本發(fā)明的控制系統(tǒng)框圖，本發(fā)明的智慧型抽油機(jī)的自動控制方法，包括以下步驟:
[0039]( I)啟動:由工頻電源引入電控單元，電控單元的主驅(qū)動模塊根據(jù)電力參數(shù)自動選擇工頻或變頻驅(qū)動主電機(jī)4工作，同時，電控單元通過變壓器將變壓后的電流提供至遠(yuǎn)程終端智能單元。
[0040](2)運(yùn)行:由懸繩器19上的載荷傳感器21和游梁11與支架20連接處的角位移傳感器12以及井口上的液位傳感器22、壓力傳感器23、流量變送器24和溫濕度傳感器25將實時監(jiān)測采集的地面數(shù)據(jù)和井下數(shù)據(jù)分別通過無線傳輸反饋至遠(yuǎn)程終端智能單元，由遠(yuǎn)程終端智能單元的數(shù)/?；旌喜杉K通過數(shù)據(jù)混合，交由數(shù)據(jù)運(yùn)算模塊對混合后的數(shù)據(jù)通過運(yùn)算進(jìn)行處理分析后發(fā)送相應(yīng)指令至運(yùn)行控制模塊，由運(yùn)行控制模塊對開關(guān)按鈕自動控制或?qū)⑦壿嬛噶钷D(zhuǎn)化為控制動作，實現(xiàn)對抽油機(jī)的智能自動化控制，由遠(yuǎn)程終端智能單元將抽油機(jī)地面數(shù)據(jù)及井下數(shù)據(jù)以及各類處理信息、警告信息通過顯示模塊直觀顯示或通過通訊模塊傳送至外部的監(jiān)控調(diào)度中心。
[0041 ] (3)沖次調(diào)整:以井口流量為主反饋量，其它傳感采集數(shù)據(jù)為輔，由遠(yuǎn)程終端智能單元的數(shù)/?；旌喜杉K通過數(shù)據(jù)混合，交由數(shù)據(jù)運(yùn)算模塊對混合后的數(shù)據(jù)通過運(yùn)算進(jìn)行處理分析后發(fā)送相應(yīng)指令至運(yùn)行控制模塊，運(yùn)行控制模塊收到指令后控制電控單元的主驅(qū)動模塊，主驅(qū)動模塊通過具有相位控制功能的變頻器實現(xiàn)對主電機(jī)4運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行無級變速調(diào)節(jié)，實現(xiàn)沖次變化的實時調(diào)整。
[0042](4)沖程調(diào)整:由遠(yuǎn)程終端智能單元的數(shù)據(jù)運(yùn)算模塊根據(jù)當(dāng)前抽油機(jī)系統(tǒng)效率最優(yōu)值分析得出最佳沖程調(diào)節(jié)參數(shù)，并將相關(guān)信息在顯示模塊上顯示或經(jīng)過通訊模塊傳送至外部的監(jiān)控調(diào)度中心，現(xiàn)場人員根據(jù)預(yù)先得知的參數(shù)指標(biāo)可以精確快速的完成抽油機(jī)沖程調(diào)整，避免過早或過晚停機(jī)帶來的影響。
[0043](5)平衡度調(diào)整:包括以下步驟:
[0044]步驟I，由載荷傳感器21和角位移傳感器12將實時監(jiān)測采集的地面數(shù)據(jù)通過無線傳輸反饋至遠(yuǎn)程終端智能單元；
[0045]步驟2，由井口上的液位傳感器22、壓力傳感器23、流量變送器24、溫濕度傳感器25將實時監(jiān)測采集的井下數(shù)據(jù)通過無線傳輸反饋至遠(yuǎn)程終端智能單元；
[0046]步驟3，由遠(yuǎn)程終端智能單元的數(shù)/?；旌喜杉K對井下數(shù)據(jù)和地面數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)混合，并將混合后的數(shù)據(jù)匯總至數(shù)據(jù)運(yùn)算模塊；
[0047]步驟4，設(shè)定平衡度理論值為A，A=100%，設(shè)定抽油機(jī)實時平衡度為N，由數(shù)據(jù)運(yùn)算模塊將混合后的數(shù)據(jù)與平衡度實時數(shù)值進(jìn)行運(yùn)算處理分析，當(dāng)A — N>5%或N—A>5%時，發(fā)出一次調(diào)平衡指令，運(yùn)行控制模塊收到一次調(diào)平衡指令后，再由平衡驅(qū)動模塊驅(qū)動尾梁平衡裝置上的步進(jìn)電機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)，帶動滑動絲杠使尾梁配重箱在尾梁上移動并完成指令要求的位移量，當(dāng)位移量到達(dá)極限位置時，此時N值上下趨近95%或105%，得到實時平衡度值NI，再由平衡驅(qū)動模塊將本次尾梁平衡裝置動作情況信號回饋至運(yùn)行控制模塊；
[0048]步驟5，運(yùn)行控制模塊收到尾梁平衡裝置回饋的動作情況信號后，得到一次調(diào)平衡后的平衡度值NI，由遠(yuǎn)程終端智能單元的數(shù)據(jù)運(yùn)算模塊運(yùn)算分析后發(fā)出二次調(diào)平衡指令，對實時平衡度值N再次進(jìn)行精確調(diào)整，當(dāng)A—Nl<5%或NI — A<5%時，運(yùn)行控制模塊收到二次調(diào)平衡指令后，再由平衡驅(qū)動模塊驅(qū)動游梁上的外置式精調(diào)平衡裝置或內(nèi)置式精調(diào)平衡裝置中的伺服電機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)，伺服電機(jī)帶動絲杠旋轉(zhuǎn)使精調(diào)配重箱或精調(diào)配重鉛塊移動，完成二次指令要求的位移量，在兩級平衡裝置的互相協(xié)同的作用下，將實時平衡度值N精確調(diào)整到趨近100%，實現(xiàn)了平衡度的精準(zhǔn)化調(diào)節(jié)。
[0049]有關(guān)沖次和平衡度的運(yùn)算方法是根據(jù)現(xiàn)有的常規(guī)計算公式并納入井下數(shù)據(jù)和地面數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)運(yùn)算模塊綜合分析得出，屬于公知應(yīng)用范疇，此處不再贅述。
[0050]以上步驟不分先后，也可同時進(jìn)行。
[0051](6)當(dāng)出現(xiàn)異常時，遠(yuǎn)程終端智能單元自動調(diào)整參數(shù)，調(diào)整抽油機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，嘗試修復(fù)故障或自動重啟，上述嘗試失敗則進(jìn)入安全模式，保護(hù)抽油機(jī)不會損毀，并將詳細(xì)故障數(shù)據(jù)和警告信息通過通訊模塊發(fā)送至外部的監(jiān)控調(diào)度中心，監(jiān)控調(diào)度中心可根據(jù)故障信息安排人工介入。在出現(xiàn)抽油桿輕微卡阻時，通過精調(diào)平衡裝置上的精調(diào)配重箱17a或精調(diào)配重鉛塊17b向驢頭18方向移動，使抽油機(jī)達(dá)到平衡，并通過多次抽拉抽油桿，即可自動解決抽油桿輕微卡阻的問題，既保障了主電機(jī)的安全、穩(wěn)定、可靠性，又避免了大量的人力物力投入。
[0052](7)停機(jī)時，電控單元將根據(jù)遠(yuǎn)程終端智能單元的運(yùn)行參數(shù)，依次關(guān)閉主驅(qū)動模塊、平衡驅(qū)動模塊、變壓器，遠(yuǎn)程終端智能單元啟動外部備用電源，進(jìn)入低耗待機(jī)狀態(tài)，保留遠(yuǎn)程喚醒所需微弱電力，便于遠(yuǎn)程遙控開機(jī)。并將停機(jī)前的抽油機(jī)各類數(shù)據(jù)匯總分析并存儲，再次啟動時，可以根據(jù)歷史數(shù)據(jù)自動對抽油機(jī)工作參數(shù)做出最優(yōu)化選擇啟動運(yùn)行，也可將該數(shù)據(jù)發(fā)送至外部的監(jiān)控調(diào)度中心，使抽油機(jī)的管理更加方便。
[0053]本發(fā)明未詳盡描述的技術(shù)內(nèi)容均為公知技術(shù)。
【主權(quán)項】
1.一種智慧型節(jié)能抽油機(jī)，包括游梁、驢頭、尾梁、支架、底座、主電機(jī)、曲柄、連桿、懸繩器、智能控制柜和若干工況傳感器，工況傳感器包括位于懸繩器上的載荷傳感器、位于游梁與支架連接處上部的角位移傳感器以及分別位于井口上的液位傳感器、壓力傳感器、流量變送器和溫濕度傳感器，在游梁的尾端設(shè)置有尾梁平衡裝置，該裝置包括裝配在尾梁本體上的尾梁配重箱和驅(qū)動該配重箱移動的步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)設(shè)置在游梁上，通過萬向聯(lián)軸器與設(shè)置在尾梁上的滑動絲杠連接，通過該滑動絲杠帶動尾梁配重箱在尾梁上移動，其特征在于:主電機(jī)采用低速恒轉(zhuǎn)矩永磁直驅(qū)電機(jī)，電機(jī)軸直接與曲柄連接，曲柄離心端通過連桿與游梁連接，在游梁上設(shè)置有外置式精調(diào)平衡裝置或內(nèi)置式精調(diào)平衡裝置，在智能控制柜中設(shè)有電控單元和遠(yuǎn)程終端智能單元，遠(yuǎn)程終端智能單元與電控單元有線連接，遠(yuǎn)程終端智能單元與各工況傳感器無線連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智慧節(jié)能型抽油機(jī)，其特征在于:所述外置式精調(diào)平衡裝置位于結(jié)構(gòu)為工字鋼的游梁頂部，該裝置包括由左向右依次設(shè)在游梁頂部的伺服電機(jī)、左支座和右支座，左支座和右支座之間設(shè)有與游梁平行的絲杠，伺服電機(jī)驅(qū)動該絲杠旋轉(zhuǎn)，在絲杠上穿設(shè)有與其螺紋配合連接的精調(diào)配重箱，該配重箱的垂直截面呈倒U型結(jié)構(gòu)，騎跨在游梁上，并設(shè)有沿游梁上表面滾動的左、右滾輪，箱內(nèi)盛裝有精調(diào)配重塊。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智慧型節(jié)能抽油機(jī)，其特征在于:所述內(nèi)置式平衡精調(diào)裝置位于結(jié)構(gòu)為矩形筒體的游梁體內(nèi)，該裝置包括由左向右依次設(shè)在游梁體內(nèi)的伺服電機(jī)、左支座和右支座，左支座和右支座之間設(shè)有與游梁平行的絲杠，該絲杠與伺服電機(jī)連接，絲杠上穿裝有與其螺紋配合連接的精調(diào)配重鉛塊。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智慧型節(jié)能抽油機(jī)，其特征在于:所述電控單元包括變壓器、主驅(qū)動模塊和平衡驅(qū)動模塊，其中，主驅(qū)動模塊與抽油機(jī)的主電機(jī)導(dǎo)線連接，平衡驅(qū)動模塊分別與尾梁平衡裝置和精調(diào)平衡裝置導(dǎo)線連接，變壓器與遠(yuǎn)程終端智能單元導(dǎo)線連接，所述主驅(qū)動模塊，包括斷路器、電力監(jiān)控模塊、接觸器和具有相位控制功能的變頻器，用于電參數(shù)的測量以及實現(xiàn)對電力的輸入輸出控制;所述平衡驅(qū)動模塊，包括斷路器、熱過載繼電器、正反向接觸器和伺服控制器，用于驅(qū)動并控制尾梁平衡裝置上的步進(jìn)電機(jī)以及游梁上設(shè)置的外置式精調(diào)平衡裝置或內(nèi)置式精調(diào)平衡裝置上的伺服電機(jī)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智慧型節(jié)能抽油機(jī)，其特征在于:所述遠(yuǎn)程終端智能單元包括通訊模塊、數(shù)/?；旌喜杉K、數(shù)據(jù)運(yùn)算模塊、運(yùn)行控制模塊和顯示模塊，所述數(shù)/?；旌喜杉K，用于數(shù)字量和模擬量的計量數(shù)據(jù)采集、測量數(shù)據(jù)采集和設(shè)備開關(guān)狀態(tài)采集;所述數(shù)據(jù)運(yùn)算模塊，包括CPU和存儲器，用于負(fù)責(zé)處理各種信息數(shù)據(jù)，經(jīng)運(yùn)算處理后輸出并存儲各種臨時或永久性數(shù)據(jù);所述運(yùn)行控制模塊，用于對開關(guān)按鈕自動控制和將邏輯指令轉(zhuǎn)化為控制動作，最終實現(xiàn)對抽油機(jī)的運(yùn)行控制;所述顯示模塊包括顯示屏或儀表，用于顯示抽油機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行情況及各類警告信息;所述通訊模塊包括RJ45或RS485或RS232或USB輸入輸出端口與線纜，以及ZigBee或GPRS無線模塊，用于智能控制柜內(nèi)各單元及模塊之間通訊連接、數(shù)據(jù)信息傳輸以及與各工況傳感器無線通訊連接和外部互聯(lián)通訊。
【文檔編號】F04B49/06GK205477550SQ201620239076
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月28日
【發(fā)明人】賈俊培, 戚思明, 李軍
【申請人】唐河科林沃特環(huán)?？萍加邢薰?br>