一種風(fēng)光儲(chǔ)聯(lián)合的游梁式抽油機(jī)智能平衡裝置機(jī)械部分的制作方法
【專利摘要】一種風(fēng)光儲(chǔ)聯(lián)合的游梁式抽油機(jī)智能平衡裝置機(jī)械部分，電機(jī)通過皮帶輪與減速器連接，減速器和曲柄連接，曲柄末端上設(shè)置有曲柄平衡塊，曲柄通過連桿和游梁連接，在游梁后臂設(shè)置有平衡塊智能調(diào)節(jié)裝置，在游梁另一端設(shè)置有驢頭及桿柱系統(tǒng)。本實(shí)用新型機(jī)械部分具有結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小、工作可靠、實(shí)時(shí)平衡效果好、節(jié)能效果顯著等特點(diǎn)，真正實(shí)現(xiàn)了游梁式抽油機(jī)的節(jié)能降耗。
【專利說明】一種風(fēng)光儲(chǔ)聯(lián)合的游梁式抽油機(jī)智能平衡裝置機(jī)械部分

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及石油采油設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種風(fēng)光儲(chǔ)聯(lián)合的游梁式抽油機(jī)智能平衡裝置機(jī)械部分。
技術(shù)背景
[0002]雖然國(guó)內(nèi)外開發(fā)出很多新型抽油機(jī):凸輪抽油機(jī)、鏈條抽油機(jī)、皮帶抽油機(jī)、用于叢式井的曲柄滑塊一機(jī)多抽抽油機(jī)等。但由于它們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)的可靠性、使用壽命等問題，目前油田90%仍是游梁式抽油機(jī)。但游梁式抽油機(jī)能耗大，為了減小能耗，采用平衡塊存儲(chǔ)和釋放能量。傳統(tǒng)的游梁式抽油機(jī)平衡方式有:曲柄平衡、游梁平衡、復(fù)合平衡，近些年出現(xiàn)的改進(jìn)型有:隨動(dòng)平衡、增加超越離合器、飛輪動(dòng)能平衡、彈簧平衡、電機(jī)加滾珠絲杠自動(dòng)調(diào)節(jié)平衡等。這些調(diào)整方式中，前七種對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)變化多樣的復(fù)雜載荷，平衡效果變差；最后一種雖然效果較好，但其調(diào)整電機(jī)耗電量抵消了抽油機(jī)自身的節(jié)電量，因此不能實(shí)現(xiàn)真正節(jié)能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本實(shí)用新型的目的在于提供一種風(fēng)光儲(chǔ)聯(lián)合的游梁式抽油機(jī)智能平衡裝置機(jī)械部分，具有結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、節(jié)能效果好的特點(diǎn)。
[0004]為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0005]一種風(fēng)光儲(chǔ)聯(lián)合的游梁式抽油機(jī)智能平衡裝置機(jī)械部分，機(jī)械部分包括電機(jī)27，電機(jī)27通過皮帶輪28與減速器29連接，減速器29和曲柄17連接，曲柄17末端上設(shè)置有曲柄平衡塊18，曲柄17通過連桿19和游梁20連接，在游梁20后臂設(shè)置有平衡塊智能調(diào)節(jié)裝置21，在游梁20另一端設(shè)置有驢頭22及桿柱系統(tǒng)23。
[0006]所述的平衡塊智能調(diào)節(jié)裝置21包括固定在底座13上的伺服電機(jī)12，伺服電機(jī)12通過聯(lián)軸器11與絲杠10連接，聯(lián)軸器11通過彈性軸15及左右兩端的螺釘14、16固定，絲杠10上的絲杠螺母9左端設(shè)置有平衡塊8，平衡塊8的上下部位均貫穿有導(dǎo)桿7，兩根導(dǎo)桿7通過螺母3固定在軸承座2上，軸承座2通過螺釘I固定在游梁20上，絲杠10左右兩端通過軸承5固定在軸承座2上,軸承5外端面通過端蓋4定位,端蓋4由螺母6固定。
[0007]本實(shí)用新型機(jī)械部分具有結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小、工作可靠、實(shí)時(shí)平衡效果好、節(jié)能效果顯著等特點(diǎn)，真正實(shí)現(xiàn)了游梁式抽油機(jī)的節(jié)能降耗。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是本實(shí)用新型的總體原理結(jié)構(gòu)圖。
[0009]圖2是本實(shí)用新型的單片機(jī)智能控制部分結(jié)構(gòu)圖。
[0010]圖3是本實(shí)用新型的機(jī)械部分裝配圖。
[0011]圖4是本實(shí)用新型的實(shí)時(shí)控制流程圖。
[0012]圖5是本實(shí)用新型的單片機(jī)控制器控制算法示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)敘述。
[0014]參照?qǐng)D1，一種風(fēng)光儲(chǔ)聯(lián)合的游梁式抽油機(jī)智能平衡裝置，包括機(jī)械部分和控制部分，機(jī)械部分包括電機(jī)27，電機(jī)27通過皮帶輪28與減速器29連接，減速器29和曲柄17連接，曲柄17末端上設(shè)置有曲柄平衡塊18，曲柄17通過連桿19和游梁20連接，在游梁20后臂設(shè)置有平衡塊智能調(diào)節(jié)裝置21，在游梁20另一端設(shè)置有驢頭22及桿柱系統(tǒng)23。
[0015]控制部分包括單片機(jī)控制器24，單片機(jī)控制器24與機(jī)械部分平衡塊智能調(diào)節(jié)裝置21的伺服電機(jī)12控制端相連，單片機(jī)控制器24的電源端口與太陽(yáng)能電池25和風(fēng)力發(fā)電機(jī)26相連。
[0016]參照?qǐng)D2，所述的單片機(jī)控制器包括主電機(jī)電壓傳感器和主電機(jī)電流傳感器，電機(jī)電壓傳感器和主電機(jī)電流傳感器的信號(hào)端與變送器信號(hào)輸入端連接，變送器信號(hào)輸出端與單片機(jī)連接，單片機(jī)控制信號(hào)輸出端與驅(qū)動(dòng)器連接，驅(qū)動(dòng)器輸出端與伺服電機(jī)12連接，穩(wěn)壓電源對(duì)變送器、單片機(jī)、驅(qū)動(dòng)器、伺服電機(jī)供電，穩(wěn)壓電源輸入端與蓄電池連接，蓄電池通過穩(wěn)壓器I與風(fēng)力發(fā)電機(jī)26供電端相連，蓄電池還通過穩(wěn)壓器II與太陽(yáng)能電池25供電端相連。
[0017]參照?qǐng)D4，所述的單片機(jī)采用模糊ro控制，應(yīng)用實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)控制算法，具體如下:
[0018](I)通過傳感器檢測(cè)抽油機(jī)一個(gè)沖程內(nèi)電流、電壓，計(jì)算其平衡度；
[0019](2)根據(jù)抽油機(jī)實(shí)際平衡度，計(jì)算模糊控制器輸入量e及其變化率；
[0020](3)確定模糊控制器的輸入量、輸出量論域范圍、模糊控制規(guī)則；
[0021](4)模糊控制器對(duì)輸入量進(jìn)行模糊化、模糊推理、去模糊化，得到輸出量kp和kd ；
[0022](5)根據(jù)模糊控制器輸出的參數(shù)kp和kd，PD控制器用來對(duì)抽油機(jī)平衡裝置進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，輸出控制量U，考慮到實(shí)時(shí)性要求，采用ro控制算法公式如下:


{B.— Bt)) — {B: j — Bq)
[0023]u = kp (Bj-B0) + kd (-^~'> / 7-1~-)


At
[0024]式中kp為比例因子，kd為微分因子，Bj為當(dāng)前采樣時(shí)刻的平衡度值，Bj^1為前一時(shí)刻的平衡度值，Btl為最佳平衡度值，輸出量u為電壓值，可正可負(fù)，即伺服電機(jī)可以正向和反向轉(zhuǎn)動(dòng)，反向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，平衡塊朝著遠(yuǎn)離游梁支撐中心的位置移動(dòng)，參照?qǐng)D5 ；
[0025](6)返回(I)。
[0026]參照?qǐng)D3，所述的平衡塊智能調(diào)節(jié)裝置21包括固定在底座13上的伺服電機(jī)12，伺服電機(jī)12通過聯(lián)軸器11與絲杠10連接，聯(lián)軸器11通過彈性軸15及左右兩端的螺釘14、16固定，絲杠10上的絲杠螺母9左端設(shè)置有平衡塊8，平衡塊8的上下部位均貫穿有導(dǎo)桿7，兩根導(dǎo)桿7通過螺母3固定在軸承座2上，軸承座2通過螺釘I固定在游梁20上，絲杠10左右兩端通過軸承5固定在軸承座2上，軸承5外端面通過端蓋4定位，端蓋4由螺母6固定。
[0027]所述的絲杠10采用W1L4006，公稱直徑40mm。
[0028]所述的軸承5采用深溝球軸承6207。
[0029]所述的平衡塊8，應(yīng)該根據(jù)抽油機(jī)機(jī)型變化，其質(zhì)量在800Kg_1200Kg之間變化。
[0030]所述的太陽(yáng)能電池25的電池板采用多晶硅太陽(yáng)能電池板，每塊板90w，共使用5塊。
[0031]所述的單片機(jī)型號(hào)為JMDM-28D10MT，進(jìn)行控制時(shí)其可靠性好、抗干擾能力強(qiáng)，12路光電隔離晶體管輸出控制，抗靜電沖擊，電腦串口控制，用Keil C或匯編語(yǔ)言編程。
[0032]所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)26，功率為500W，風(fēng)輪直徑2.5m,葉片材質(zhì)增強(qiáng)玻璃鋼，額定風(fēng)速8m/s,啟動(dòng)風(fēng)速3m/s。
[0033]所述的蓄電池，電壓12V，容量200AH，荷電狀態(tài):免維護(hù)蓄電池，化學(xué)類型:膠體蓄電池，適用范圍:太陽(yáng)能蓄電池。
[0034]本實(shí)用新型的工作原理為:
[0035]參照附圖1、圖3，當(dāng)白天光線足夠強(qiáng)時(shí)，太陽(yáng)能電池25為蓄電池充電，并向伺服電機(jī)12和單片機(jī)供電。當(dāng)白天或夜間風(fēng)力足夠大時(shí)，由風(fēng)力發(fā)電機(jī)26給蓄電池充電，并向伺服電機(jī)12及單片機(jī)供電。如果夜間風(fēng)力不夠，則由蓄電池所充電能供電。如抽油機(jī)出現(xiàn)欠平衡，單片機(jī)發(fā)出指令，驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)12轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)絲杠10旋轉(zhuǎn)，絲杠10上絲杠螺母9向左運(yùn)動(dòng)，絲杠螺母9固定在平衡塊8上，從而帶動(dòng)平衡塊8向左運(yùn)動(dòng)，平衡塊8有效力臂變長(zhǎng)，抵消了懸點(diǎn)處載荷的增加，使欠平衡得到改善。
[0036]參照附圖2，風(fēng)力發(fā)電機(jī)26和太陽(yáng)能電池25的電壓通過各自的穩(wěn)壓器1、11進(jìn)行穩(wěn)壓后，存儲(chǔ)在蓄電池中。由單片機(jī)根據(jù)主電機(jī)電流、電壓傳感器信號(hào)計(jì)算的抽油機(jī)平衡度，然后確定所需實(shí)時(shí)控制信號(hào)大小，控制伺服電機(jī)12轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0037]參照附圖4，在每一個(gè)沖程周期或者指定的控制周期內(nèi)，單片機(jī)確定控制平衡塊運(yùn)動(dòng)的具體流程。
[0038]參照附圖5:單片機(jī)控制器按照模糊ro算法，確定當(dāng)前伺服電機(jī)應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度和角速度。
[0039]經(jīng)濟(jì)性分析:
[0040]由于該裝置增加了風(fēng)力發(fā)電機(jī)、太陽(yáng)能電池板，因此成本較以往的抽油機(jī)平衡裝置略有增加，因此有必要進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析。
[0041]該裝置的滾珠絲杠、軸承、絲杠螺母部分零件費(fèi)用約300元，太陽(yáng)能電池板5塊，每塊90W，共計(jì)4000元，風(fēng)力發(fā)電機(jī)500W，價(jià)格為3000元，蓄電池12V200AH約1500元，單片機(jī)控制器約400元，整個(gè)裝置制造費(fèi)用約1000元，伺服電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器約1000元。如果每個(gè)叢式井井場(chǎng)平均7臺(tái)抽油機(jī)，注意這里的太陽(yáng)能電池板、蓄電池、風(fēng)力發(fā)電機(jī)可以共用，只有滾珠絲杠組件在每臺(tái)抽油機(jī)安裝一套，因此一個(gè)井場(chǎng)上總成本為20800元。按照目前六型抽油機(jī)所帶電機(jī)為llKw，每臺(tái)抽油機(jī)除去故障檢修時(shí)間，其有效工作時(shí)間為300天，使用該裝置可節(jié)電15%計(jì)算，每年可節(jié)約用電8.3萬度，節(jié)約費(fèi)用8.5萬元左右，因此不到半年即可收回成本。
【權(quán)利要求】
1.一種風(fēng)光儲(chǔ)聯(lián)合的游梁式抽油機(jī)智能平衡裝置機(jī)械部分，其特征在于，機(jī)械部分包括電機(jī)(27)，電機(jī)(27)通過皮帶輪(28)與減速器(29)連接，減速器(29)和曲柄(17)連接，曲柄(17)末端上設(shè)置有曲柄平衡塊(18)，曲柄(17)通過連桿(19)和游梁(20)連接，在游梁(20)后臂設(shè)置有平衡塊智能調(diào)節(jié)裝置(21)，在游梁(20)另一端設(shè)置有驢頭(22)及桿柱系統(tǒng)(23)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)光儲(chǔ)聯(lián)合的游梁式抽油機(jī)智能平衡裝置機(jī)械部分，其特征在于，所述的平衡塊智能調(diào)節(jié)裝置(21)包括伺服電機(jī)(12)，伺服電機(jī)(12)通過聯(lián)軸器(11)與絲杠(10)連接，絲杠(10)上的絲杠螺母(9)左端設(shè)置有平衡塊(8)，平衡塊(8)的上下部位均貫穿有導(dǎo)桿(7)，兩根導(dǎo)桿(7)固定在軸承座(2)上，軸承座(2)固定在游梁(20)上，絲杠(10)左右兩端通過軸承(5)固定在軸承座(2)上，軸承(5)外端面通過端蓋(4)定位，端蓋⑷由螺母(6)固定。
【文檔編號(hào)】E21B43/00GK204002714SQ201420229529
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年5月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月6日
【發(fā)明者】魏航信, 吳偉, 職黎光 申請(qǐng)人:西安石油大學(xué)