專利名稱:游梁式抽油機(jī)優(yōu)化運(yùn)行裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實(shí)用新型涉及一種油田抽油機(jī),尤其是涉及一種游梁式抽油機(jī)優(yōu)化運(yùn)行裝置。
背景技術(shù):
現(xiàn)有油田游梁式抽油機(jī)在油田的生產(chǎn)設(shè)備中,耗能最大,占油田總耗能的40%。抽油機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行效率的高低與井下因素尤其是泵充滿度有著重大關(guān)系,如果泵內(nèi)沒有液體,不管地面上抽油機(jī)如何運(yùn)行,效率都是零,泵充不滿的主要原因是供液速度趕不上汲取的速度,判斷井泵是否充滿目前只有通過定期巡檢,分析示功圖和動(dòng)液面來判斷,談不上自動(dòng)化和高效率。泵充不滿不僅影響效率,還會(huì)造成液擊,加速抽油桿的損壞,增加油井作業(yè)次數(shù),危害極大。而抽油機(jī)井一般供液不足,井下情況變化大,工作負(fù)載是周期交變載荷,即在幾秒之內(nèi),電機(jī)要從空載到滿載再到空載甚至是負(fù)值的變化,加上平衡重的作用,每一變化都會(huì)影響到抽油機(jī)的效率,這種變化復(fù)雜的工況給抽油機(jī)能否高效運(yùn)行提出了挑戰(zhàn)。中國(guó)專利ZL96201939.9,公開了一種以整個(gè)沖程內(nèi)的電流變化來調(diào)節(jié)的抽油機(jī)自動(dòng)控制裝置,此設(shè)計(jì)的不足之處在于,舉例來說一根長(zhǎng)1000米長(zhǎng),直徑22毫米的抽油桿柱重約3噸,柱塞上的液柱近2噸,而泵內(nèi)液體總共也就幾十公斤而已,再加上動(dòng)載荷及磨擦力,上沖懸點(diǎn)載荷達(dá)5-10噸,泵內(nèi)液體是否充滿的重量微乎其微,折算到曲柄軸上的扭矩根本上不可能有什么差別,在下沖程也只是在碰到液面前有區(qū)別(有液柱重量),碰到液面卸載后懸點(diǎn)載荷又一樣。而懸點(diǎn)載荷在曲柄軸上扭矩是要受到扭矩因數(shù)的縮小,越是開始階段,縮得越小,尤其是在輕微“液擊”的狀態(tài)下,這一點(diǎn)點(diǎn)電流的變化不可能在全程的電流中看出來;在抽油桿斷脫時(shí),雖然上沖程時(shí)因沒有液柱載荷而減少電機(jī)的出力,但下沖程時(shí),因懸點(diǎn)載荷變小,電機(jī)要出很大的力舉起平衡重,綜合電流可能比正常運(yùn)行還要高,以這種方式控制不僅判斷不出事故,還會(huì)加大運(yùn)行錯(cuò)誤。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足,而提供一種以調(diào)整井下泵充滿度為手段,從而達(dá)到抽油機(jī)優(yōu)化運(yùn)行的裝置。本發(fā)明所采取的技術(shù)方案包括微機(jī)控制單元、變頻調(diào)速單元、位置傳感器、操作單元、溫度控制單元等組成。其特征是將位置傳感器與抽油機(jī)曲柄軸連接,曲柄軸運(yùn)行的信息通過位置傳感器輸入微機(jī)控制單元,以自動(dòng)識(shí)別抽油機(jī)的上下沖程。變頻調(diào)速單元通過模擬輸出方式實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電機(jī)電流變化情況,并將其輸入微機(jī)控制單元,在微機(jī)控制單元內(nèi)設(shè)置抽油機(jī)電機(jī)電流變化的充滿狀態(tài)和不充滿狀態(tài)比較處理程序,然后控制變頻調(diào)速單元改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速,調(diào)整抽油機(jī)的沖次,達(dá)到汲取速度與供液速度的匹配,最大限度地保證泵內(nèi)液體充滿狀態(tài),實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)優(yōu)化運(yùn)行的目的。在裝置柜上方開有透明的窗口,方便觀察抽油機(jī)的各種運(yùn)行參數(shù)及工作狀態(tài)。微機(jī)控制單元采用模塊化設(shè)計(jì),裝在有電磁防護(hù)功能的屏蔽鐵盒內(nèi),與強(qiáng)電部分隔離,增加了可靠性和安全性,同時(shí),該模塊采用插入式安裝,方便操作。操作單元包括繼電器、交流接觸器和在柜體側(cè)設(shè)有啟動(dòng)和停止按鈕,不用打開柜門即可啟動(dòng)和停止,便于裝置本身的保護(hù)也便于油田生產(chǎn)人員操作。溫控單元是獨(dú)立運(yùn)行的溫度調(diào)節(jié)單元,有自動(dòng)加熱和制冷功能,抽油機(jī)為野外作業(yè)設(shè)備,冬天室外溫度可達(dá)負(fù)40攝氏度,夏天可達(dá)正40攝氏度,經(jīng)溫控單元的溫度調(diào)節(jié)作用可保證本裝置全天候運(yùn)行。
本實(shí)用新型的有益效果在于1、采用了軟啟動(dòng),因?yàn)橛凶冾l單元可以在低頻啟動(dòng),再到工頻,減少電機(jī)啟動(dòng)電流的沖擊;2、改變了原有的通過更換皮帶輪的沖次調(diào)節(jié)方法,可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)式調(diào)節(jié)沖次及沖比,不停機(jī)地調(diào)節(jié)沖次,可使抽油機(jī)在上快下慢、或上慢下快的方式運(yùn)行,只需操作人員按鈕即可;3、變頻單元內(nèi)置大電容,實(shí)現(xiàn)功率補(bǔ)償,可提高功率因數(shù);4、本裝置內(nèi)有位置傳感器,自動(dòng)識(shí)別上下沖程;5、溫控單元的調(diào)節(jié)作用,可保證裝置全天候運(yùn)行;6、過電壓、過電流、欠壓、過載、過熱保護(hù)功能;7、切換功能,異常情況時(shí)可自動(dòng)切換到工頻運(yùn)行,不致造成抽油機(jī)無(wú)謂的停機(jī);8、方便顯示上下沖程實(shí)時(shí)電流和最大電流,以判斷抽油機(jī)的平衡狀況。
本裝置通過判斷泵的充滿度自動(dòng)調(diào)節(jié)抽油機(jī)的沖次,保證抽油機(jī)隨時(shí)在充滿狀態(tài)下運(yùn)行,不僅提高了抽油機(jī)效率,也為未來油田自動(dòng)化、數(shù)字化打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
圖1是本實(shí)用新型工作原理示意圖圖2是本實(shí)用新型外形結(jié)構(gòu)示意圖圖3是本實(shí)用新型微機(jī)控制單元電路原理示意圖具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖說明對(duì)實(shí)用新型的具體實(shí)施進(jìn)一步闡述,如附圖1所示本實(shí)用新型包括微機(jī)控制單元(1)、變頻調(diào)速單元(2)、位置傳感器(4)、溫度控制單元(6)、操作單元(5)組成。其特征是,所述的微機(jī)控制單元(1)是本裝置的核心,其內(nèi)設(shè)置抽油機(jī)電機(jī)電流變化的充滿狀態(tài)和不充滿狀態(tài)比較處理程序,然后控制變頻調(diào)速單元(2)改變電機(jī)(3)的轉(zhuǎn)速,調(diào)整抽油機(jī)的沖次,可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)式調(diào)節(jié)沖次及沖比,達(dá)到汲取速度與供液速度的匹配,最大限度地保證泵內(nèi)液體充滿狀態(tài),實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)優(yōu)化運(yùn)行的目的。變頻調(diào)速單元(2)通過模擬輸出方式實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電機(jī)(3)電流變化情況,并將其輸入微機(jī)控制單元(1),以判斷抽油機(jī)的平衡狀況;位置傳感器(4)將抽油機(jī)曲柄軸運(yùn)行的信息輸入微機(jī)控制單元(1),以自動(dòng)識(shí)別抽油機(jī)的上下沖程;操作單元(5)包括按鈕、指示燈、繼電器、交流接觸器;溫控單元(6)是獨(dú)立運(yùn)行的溫度調(diào)節(jié)單元,有自動(dòng)加熱和制冷功能,由微機(jī)控制單元(1)自動(dòng)控制調(diào)節(jié)本裝置溫度,可保證裝置全天候運(yùn)行。
如附圖2所示為本實(shí)用新型裝置的外形結(jié)構(gòu),安裝本裝置的各種儀表、指示燈、開關(guān)按鈕等。圖中起停按鈕(22);透明窗口(21)內(nèi)設(shè)置電壓表(213);微機(jī)調(diào)節(jié)儀(214);電流表(215);工頻指示燈(216);變頻指示燈(217);運(yùn)行指示燈(218);故障指示燈(219);加熱指示燈(2110);運(yùn)行狀態(tài)選擇開關(guān)(2111);啟動(dòng)、停止、變頻故障復(fù)位指示燈(2112、2113、2114);微機(jī)調(diào)節(jié)儀(214)內(nèi)設(shè)置沖次及上行程電流顯示(2141);沖比及下行程電流顯示(2142);沖次/沖比顯示(2143);上下行程的實(shí)時(shí)電流顯示(2144);上下行程的最大電流顯示(2145);微機(jī)控制單元電源指示燈(2146);當(dāng)前使用的皮帶輪數(shù)據(jù)選擇開關(guān)(2147);基本沖次設(shè)置按鈕(2148);微機(jī)控制單元復(fù)位按鈕(2149);設(shè)置數(shù)據(jù)確認(rèn)按鈕(21410);數(shù)據(jù)設(shè)置按鈕(21411)。
如附圖3所示是微機(jī)控制單元(1)電路原理示意圖,微機(jī)控制單元(1)主要包括CPU(37);與操作單元(5)的輸入按鈕觸點(diǎn)(31、32)是接入CPU(37)的I/O端口;運(yùn)行啟動(dòng)中間直流繼電器(35)、故障轉(zhuǎn)換中間直流繼電器(36)、連接位置傳感器(4)的上位行程開關(guān)(33)、下位行程開關(guān)(34),同樣接入CPU(37)的I/O端口,CPU(37)的I/O端口通過光耦與外界隔離;連接變頻單元(2)的模擬A/D轉(zhuǎn)換器(312)接入CPU(37)的A/D轉(zhuǎn)換器(311),將電機(jī)(3)的電流信息輸入CPU(37);同時(shí)CPU(37)的D/A轉(zhuǎn)換器(38)輸出0~+10V的模擬電壓給變頻單元(2),控制變頻單元(2)的運(yùn)行頻率;圖中(2141)、(2142)為微機(jī)調(diào)節(jié)儀(214)內(nèi)的沖次及上行程電流顯示和沖比及下行程電流顯示。
權(quán)利要求1.一種游梁式抽油機(jī)優(yōu)化運(yùn)行裝置,主要包括微機(jī)控制單元(1)、變頻調(diào)速單元(2)、位置傳感器(4)、溫度控制單元(6)、操作單元(5)組成,其特征是所述的微機(jī)控制單元(1)內(nèi)設(shè)置抽油機(jī)電機(jī)電流變化的充滿狀態(tài)和不充滿狀態(tài)比較處理程序,并連接變頻調(diào)速單元(2)控制改變電機(jī)(3)的轉(zhuǎn)速,調(diào)整抽油機(jī)的沖次;所述的位置傳感器與抽油機(jī)曲柄軸連接,曲柄軸運(yùn)行的信息通過位置傳感器(4)輸入微機(jī)控制單元(1)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種游梁式抽油機(jī)優(yōu)化運(yùn)行裝置,其特征是所述的微機(jī)控制單元(1)主要包括CPU(37);操作單元(5)的輸入按鈕觸點(diǎn)(31、32)接入CPU(37)的I/O端口;運(yùn)行啟動(dòng)中間直流繼電器(35)、故障轉(zhuǎn)換中間直流繼電器(36)、連接位置傳感器(4)的上位行程開關(guān)(33)、下位行程開關(guān)(34),同樣接入CPU(37)的I/O端口,CPU(37)的I/O端口通過光耦與外界隔離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種游梁式抽油機(jī)優(yōu)化運(yùn)行裝置,其特征是所述的變頻調(diào)速單元(2)的模擬A/D轉(zhuǎn)換器(312)接入CPU(37)的A/D轉(zhuǎn)換器(311),將電機(jī)(3)的電流信息輸入CPU(37);同時(shí)CPU(37)的D/A轉(zhuǎn)換器(38)輸出0~+10V的模擬電壓給A/D轉(zhuǎn)換器(310)與變頻調(diào)速單元(2)連接,控制變頻調(diào)速單元(2)的運(yùn)行頻率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2任一項(xiàng)所述的一種游梁式抽油機(jī)優(yōu)化運(yùn)行裝置,其特征是所述的微機(jī)控制單元為集成電路模塊,安裝在有電磁防護(hù)功能的屏蔽鐵盒內(nèi),與強(qiáng)電部分隔離。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種游梁式抽油機(jī)優(yōu)化運(yùn)行裝置。本實(shí)用新型主要包括微機(jī)控制單元、變頻調(diào)速單元、位置傳感器、溫度控制單元、操作單元。其特征是,微機(jī)控制單元是本裝置的核心,其內(nèi)設(shè)置抽油機(jī)電機(jī)電流變化的充滿狀態(tài)和不充滿狀態(tài)比較處理程序,然后控制變頻調(diào)速單元改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速,調(diào)整抽油機(jī)的沖次,可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)式調(diào)節(jié)沖次及沖比,達(dá)到汲取速度與供液速度的匹配,最大限度地保證泵內(nèi)液體充滿狀態(tài),實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)優(yōu)化運(yùn)行的目的。
文檔編號(hào)F04B47/02GK2784618SQ200420071499
公開日2006年5月31日 申請(qǐng)日期2004年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月14日
發(fā)明者朱立新 申請(qǐng)人:朱立新