供能裝置以及含其的抽油機系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種供能裝置以及含其的抽油機系統(tǒng)，該供能裝置用于為一抽油機提供電能，該供能裝置包括一清潔能源發(fā)電模塊、一控制模塊以及一蓄電模塊；該清潔能源發(fā)電模塊用于將清潔能源轉(zhuǎn)換為電能，并將該電能輸送至該蓄電模塊；該蓄電模塊用于存儲該電能，并給該抽油機提供電能；該控制模塊用于控制該清潔能源發(fā)電模塊的啟動和停止。本發(fā)明還提供了一種使用該供能裝置的抽油機系統(tǒng)。本發(fā)明克服了抽油機在野外工作時需要攜帶大量燃料，在開采過程當中需要耗費大量不可再生資源，并且對環(huán)境造成巨大污染的問題，提供了一種能夠使用清潔能源，具有高效、節(jié)能、對環(huán)境友好并且機動性高的供能裝置以及含其的抽油機系統(tǒng)。
【專利說明】供能裝置以及含其的抽油機系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種供能裝置，特別涉及一種供能裝置以及含其的抽油機系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]石油是世界上迄今為止應(yīng)用最為廣泛的一種能源，也是人類工業(yè)活動的主要能量來源，而在石油勘探和開采的過程中卻消耗著大量的能量。
[0003]以游梁式抽油機為例，作為機械采油設(shè)備中溫室最早的抽油機機種，由于其具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠耐用等優(yōu)點，一直占據(jù)著干泵采油設(shè)備的主導(dǎo)地位，但是由于其結(jié)構(gòu)特點，使得在運轉(zhuǎn)過程中“大馬拉小車現(xiàn)象”造成能源的浪費。同時由于其結(jié)構(gòu)原因，抽油機軸承的運轉(zhuǎn)速度不定甚至?xí)霈F(xiàn)抽油機軸承運轉(zhuǎn)速度高于電機運轉(zhuǎn)速度的現(xiàn)象出現(xiàn)，造成無功功率的上升，甚至出現(xiàn)倒送電的現(xiàn)象。
[0004]由于石油的勘探和開采屬于野外作業(yè)，抽油機需要長期在野外進行工作，在勘探試采階段，除了抽油機以外還需要攜帶大量的燃料，以供應(yīng)抽油機的使用消耗，這使得石油的野外勘探非常不便。
[0005]另外，抽油機連續(xù)工作時間較長，功率很高，在石油開采過程中需要消耗大量的能量，如果使用柴油電動機帶動抽油機工作，還會產(chǎn)生大量的廢氣，對環(huán)境造成巨大的污染。因此石油行業(yè)迫切需要找到一種高效、節(jié)能并且對環(huán)境友好的抽油機系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是為了克服抽油機在野外工作時需要攜帶大量燃料，在開采過程當中需要耗費大量不可再生資源，并且對環(huán)境造成巨大污染的問題，提供了一種能夠使用清潔能源，具有高效、節(jié)能、對環(huán)境友好并且機動性高的供能裝置以及含其的抽油機系統(tǒng)。
[0007]本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題的:
[0008]本發(fā)明提供了一種供能裝置，該供能裝置用于為一抽油機提供電能，其特點在于，該供能裝置包括一清潔能源發(fā)電模塊、一控制模塊以及一蓄電模塊；
[0009]該清潔能源發(fā)電模塊用于將清潔能源轉(zhuǎn)換為電能，并將該電能輸送至該蓄電模塊；
[0010]該蓄電模塊用于存儲該電能，并給該抽油機提供電能；
[0011]該控制模塊用于控制該清潔能源發(fā)電模塊的啟動和停止。
[0012]清潔能源是指在生產(chǎn)和使用過程、不產(chǎn)生有害物質(zhì)排放的能源。可再生的、消耗后可得到恢復(fù)，或非再生的(如風(fēng)能、水能、天然氣等)及經(jīng)潔凈技術(shù)處理過的能源(如潔凈煤油等)。因此本發(fā)明中的清潔能源發(fā)電模塊即是通過所述清潔能源來實現(xiàn)發(fā)電的目的。
[0013]較佳地，該供能裝置還包括一電容模塊；
[0014]該清潔能源發(fā)電模塊還用于將該電能輸送至該電容模塊；
[0015]該電容模塊用于存儲該電能，并在該抽油機啟動過程中為該抽油機提供電能；[0016]該蓄電模塊用于在該抽油機啟動結(jié)束后的正常運行過程中為該抽油機提供電能。
[0017]由于抽油機的伺服電機在啟動時，其電流會在很短的時間內(nèi)由OmA上升至該伺服電機的額定工作電流的4-7倍，例如一伺服電機的額定工作電流為10mA，則在剛啟動時該伺服電機的電流會從OmA瞬間上升至70mA，之后會逐漸降低至該伺服電機的額定工作流10mA，此時伺服電機開始正常工作，并且其電流在IOmA附近波動。由于在啟動瞬間伺服電機需要非常大的電流，采用蓄電池為伺服電機啟動進行供能需要該蓄電池的容量非常的大，這會使得成本大大增加，并且在該伺服電機啟動結(jié)束，進入正常工作狀態(tài)之后，又并不需要容量太大的蓄電池，此時使用大容量的蓄電池又會造成資源浪費。因此可以選擇通過電容模塊來啟動伺服電機，電容模塊容量較大，能夠滿足伺服電機啟動的需求，并且造價相對于蓄電池要低。
[0018]較佳地，該控制模塊還用于在該蓄電模塊的當前電量值低于該蓄電模塊的充電預(yù)警值或該電容模塊的當前電量值低于該電容模塊的充電預(yù)警值時，控制該清潔能源發(fā)電模塊啟動，否則該控制模塊控制該清潔能源發(fā)電模塊停止；
[0019]該蓄電模塊的充電預(yù)警值為該蓄電模塊的容量的70%_80% ；
[0020]該電容模塊的充電預(yù)警值為該電容模塊的容量的40%_50%。
[0021]該蓄電模塊的充電預(yù)警值以及該電容模塊的充電預(yù)警值是可以通過人為設(shè)定的，例如當該清潔能源發(fā)電模塊采用太陽能光伏發(fā)電時，如果所處位置氣候條件比較穩(wěn)定，長期能夠接受到陽光照射時，可以將該蓄電模塊的充電預(yù)警值以及該電容模塊的充電預(yù)警值設(shè)定得較低，減少該清潔能源發(fā)電模塊的頻繁開啟造成的損耗；如果氣候條件不穩(wěn)定，例如進入雨雪季節(jié)，可能長期無法接受到陽光照射，此時可以將該蓄電模塊的充電預(yù)警值以及該電容模塊的充電預(yù)警值設(shè)定得較高，以保證在無陽光時能夠有充足的電量供應(yīng)。
[0022]較佳地，該供能裝置還包括一柴油發(fā)電機；
[0023]當該蓄電模塊的當前電量值小于該蓄電模塊的低電量值，并且該電容模塊的當前電量值小于該電容模塊的低電量值時該控制模塊切換至由該柴油發(fā)電機向該抽油機提供電能；
[0024]該蓄電模塊的低電量值為該蓄電模塊的容量的10%_20% ；
[0025]該電容模塊的低電量值為該電容模塊的容量的5%_10%。
[0026]柴油發(fā)電機的作用是當該清潔能源發(fā)電模塊長期無法發(fā)電，使得該蓄電模塊以及該電容模塊長期無法獲得充電時，可以暫時通過柴油發(fā)電機對抽油進行供能，避免在極端條件下，由于該蓄電模塊以及該電容模塊電量不足導(dǎo)致柴油工作無法繼續(xù)進行。
[0027]較佳地，該清潔能源發(fā)電模塊為太陽能光伏發(fā)電模塊、潮汐能發(fā)電模塊、風(fēng)能發(fā)電模塊或地?zé)崮馨l(fā)電模塊。
[0028]除了太陽能光伏發(fā)電模塊之外，其他使用清潔能源的，例如風(fēng)能、地?zé)崮?、潮汐能等的清潔能源發(fā)電模塊均可以根據(jù)實地情況選擇使用。例如當石油開采平臺位于海上時，采用潮汐能來進行發(fā)電會是比較好的選擇。
[0029]較佳地,該太陽能光伏發(fā)電模塊還包括一液壓模塊，該液壓模塊與該控制模塊以及該太陽能光伏發(fā)電模塊相連，該液壓模塊用于根據(jù)該控制模塊的指令控制該清潔能源發(fā)電模塊啟動或者停止。
[0030]太陽能光伏發(fā)電模塊是通過太陽能板對太陽能進行接受的，該液壓模塊的作用就是當該控制模塊控制該清潔能源發(fā)電模塊啟動時，該液壓模塊可以將該太陽能板展開，而當該控制模塊控制該清潔能源發(fā)電模塊停止時，該液壓模塊可以將該太陽能板收起。
[0031]較佳地，該控制模塊為PLC控制器。
[0032]較佳地，該蓄電模塊包括至少一塊蓄電池。
[0033]可以在滿足當?shù)氐氖褂们闆r的條件下，選擇使用的蓄電池的數(shù)量。
[0034]較佳地，該電容模塊包括至少一個超級電容。
[0035]超級電容，超級電容器(Supercapacitors),又名電化學(xué)電容器(ElectrochemicalCapacitors)，是上世紀七、八十年代發(fā)展起來的一種新型的儲能裝置。它是一種介于傳統(tǒng)電容器與電池之間、具有特殊性能的電源，主要依靠雙電層和氧化還原假電容電荷儲存電能，因而不同于傳統(tǒng)的化學(xué)電源。超級電容器的突出優(yōu)點是功率密度高、充放電時間短、循環(huán)壽命長、工作溫度范圍寬。
[0036]較佳地，該控制模塊中包括一單刀雙擲開關(guān)，該單刀雙擲開關(guān)用于切換由該蓄電模塊還是由該電容模塊為該抽油機提供電能。
[0037]較佳地，該控制模塊中包括一單刀三擲開關(guān)，該單刀三擲開關(guān)用于切換由該蓄電模塊、該電容模塊或該柴油發(fā)電機為該抽油機提供電能。
[0038]本發(fā)明還提供了一種如上所述的供能裝置的抽油機系統(tǒng)。
[0039]在符合本領(lǐng)域常識的基礎(chǔ)上，上述各優(yōu)選條件，可任意組合，即得本發(fā)明各較佳實例。
[0040]本發(fā)明的積極進步效果在于:克服了抽油機在野外工作時需要攜帶大量燃料，在開采過程當中需要耗費大量不可再生資源，并且對環(huán)境造成巨大污染的問題，提供了一種能夠使用清潔能源，具有高效、節(jié)能、對環(huán)境友好并且機動性高的供能裝置以及含其的抽油機系統(tǒng)。
[0041]并且還具有以下優(yōu)點:
[0042]1.自動化，在安裝時設(shè)定參數(shù)后無需人工控制，例如設(shè)定了蓄電模塊的充電預(yù)警值以及電容模塊的充電預(yù)警值之后，控制模塊可以根據(jù)蓄電模塊的當前電量以及電容模塊的當前電量來控制清潔能源發(fā)電模塊給蓄電模塊以及電容模塊充電。
[0043]2.智能化，根據(jù)抽油機的工作狀況自動調(diào)節(jié)電能的供給。
[0044]3.可實現(xiàn)無人值守，由于該供能裝置以及含其的抽油機系統(tǒng)是全自動的，其主要電氣元件都安裝于小型控制箱內(nèi)，適應(yīng)室外安裝。除非電氣元件損壞，否則無需工作人員駐守看護。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0045]圖1為本發(fā)明的實施例中的供能裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
[0046]圖2為本發(fā)明的實施例中的含有供能裝置的抽油機系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實施方式】
[0047]下面通過實施例的方式進一步說明本發(fā)明，但并不因此將本發(fā)明限制在所述的實施例范圍之中。
[0048]一供能裝置，該供能裝置包括一清潔能源發(fā)電模塊、一控制模塊、一蓄電模塊、一電容模塊以及一柴油發(fā)電機5 (如圖1)。
[0049]如圖1所示，該控制模塊為PLC控制器1，該清潔能源發(fā)電模塊為太陽能光伏發(fā)電模塊2，該太陽能光伏發(fā)電模塊2中還包括一液壓模塊，該蓄電模塊為蓄電池3，該電容模塊為超級電容4。蓄電池3、超級電容4、柴油發(fā)電機5以及太陽能光伏發(fā)電模塊2與PLC控制器I相連；太陽能光伏發(fā)電模塊2與蓄電池3、超級電容4以及PLC控制器I相連。
[0050]該供能裝置與一抽油機相連，如圖2所示，該供能裝置的PLC控制器I與該抽油機的伺服電機6相連，伺服電機6與抽油機7相連。該供能裝置、伺服電機6以及抽油機7共同組成一抽油機系統(tǒng)。
[0051]當抽油機7啟動時，PLC控制器I首先檢測蓄電池3以及超級電容4的當前電量，當蓄電池3的當前電量值低于一蓄電池的充電預(yù)警值或者當超級電容4的當前電量值低于一超級電容的充電預(yù)警值時，PLC控制器I控制該液壓模塊啟動。在本實施例中該蓄電池的充電預(yù)警值為該蓄電池容量的80%，該超級電容的充電預(yù)警值為該超級電容的容量的50%。當該液壓模塊啟動之后，太陽能光伏發(fā)電模塊2展開，開始獲取太陽能，并開始將太陽轉(zhuǎn)化為電能，并將電能輸送至蓄電池3以及超級電容4，即為蓄電池3以及超級電容4進行充電。同時，PLC控制器I通過控制一單刀三擲開關(guān)切換至超級電容4與伺服電機6接通，此時超級電容4的電能輸送至伺服電機6，令伺服電機6能夠啟動，從而帶動抽油機7啟動。另外，如果蓄電池3的當前電量值不低于該蓄電池的充電預(yù)警值并且超級電容4的當前電量值不低于該超級電容的充電預(yù)警值，則PLC控制器I不控制該液壓模塊啟動，并且PLC控制器I通過控制該單刀三擲開關(guān)切換至超級電容4與伺服電機6接通，使伺服電機6能夠啟動，從而帶動抽油機7啟動。
[0052]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當明白，伺服電機6的啟動需要經(jīng)過一個過程，例如說，伺服電機6的額定工作電流為10mA，而伺服電機6未啟動時伺服電機6的電流應(yīng)為0mA，當超級電容4與伺服電機6接通之后，超級電容4輸送給伺服電機6的電能使得伺服電機6的電流從OmA上升至伺服電機6的額定工作電流的4-7倍，即40mA-70mA，之后會逐步的下降至伺服電機6的額定電流IOmA左右，此時伺服電機6開始進入正常工作狀態(tài)，伺服電機6的工作電流也維持在IOmA左右。如何使得PLC控制器I獲得伺服電機6的電流值屬于本領(lǐng)域常用技術(shù)，例如使用電流互感器，在此不作贅述。
[0053]當伺服電機6進入正常工作狀態(tài)后，PLC控制器I通過控制該單刀三擲開關(guān)切換至蓄電池3與伺服電機6接通，此時由蓄電池3為伺服電機6提供電能，保持伺服電機6維持正常工作狀態(tài)，同時抽油機7也維持在正常工作狀態(tài)。
[0054]由于該抽油機系統(tǒng)長期在野外工作，天氣條件并不穩(wěn)定，如果連續(xù)多天遇到陰雨天氣，太陽能光伏發(fā)電模塊2無法獲得太陽能，無法產(chǎn)生電能給蓄電池3以及超級電容4充電。此時，PLC控制器I通過檢測蓄電池3以及超級電容4的當前電量值，并分別于一蓄電池的低電量值或者一超級電容的低電量值進行比較，該蓄電池的低電量值為該蓄電池容量的20%，該超級電容的低電量值為該超級電容的容量的10%，如果蓄電池3的當前電量值低于該蓄電池的低電量值并且超級電容4的當前電量值低于該超級電容的低電量值時，為了避免蓄電池3以及超級電容4電量耗盡導(dǎo)致該抽油機系統(tǒng)停止工作，PLC控制系統(tǒng)I通過控制該單刀三擲開關(guān)切換至柴油發(fā)電機5與伺服電機6接通，此時可以通過柴油發(fā)電機5給伺服電機6提供電能,保持伺服電機6的正常工作。[0055]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當明白，蓄電池以及超級電容的型號、種類、數(shù)量是可以根據(jù)實際情況，例如氣候條件、抽油機型號等，進行相應(yīng)改變的，本實施例中列舉的僅作實施例之用。同樣，本實施例中涉及的蓄電池以及超級電容的充電預(yù)警值以及低電量值的設(shè)定也是可以根據(jù)使用情況進行更改的。
[0056]雖然本實施例中選擇使用太陽能光伏發(fā)電，但是根據(jù)抽油機系統(tǒng)使用的地域條件是可以選擇其他利用諸如風(fēng)能、潮汐能、地?zé)崮艿惹鍧嵞茉磥磉M行發(fā)電的模塊的。
[0057]雖然本實施例中列舉了使用蓄電模塊、電容模塊以及柴油發(fā)電機三種供能方式同時對抽油機系統(tǒng)進行供能的例子，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當明白，在保留蓄電模塊的同時，另外兩種供能方式是可以任意選擇進行組合的，例如可以單獨使用蓄電模塊、蓄電模塊以及電容模塊等組合方式。
[0058]雖然以上描述了本發(fā)明的【具體實施方式】，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當理解，這些僅是舉例說明，本發(fā)明的保護范圍是由所附權(quán)利要求書限定的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不背離本發(fā)明的原理和實質(zhì)的前提下，可以對這些實施方式做出多種變更或修改，但這些變更和修改均落入本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種供能裝置，該供能裝置用于為一抽油機提供電能，其特征在于，該供能裝置包括一清潔能源發(fā)電模塊、一控制模塊以及一蓄電模塊； 該清潔能源發(fā)電模塊用于將清潔能源轉(zhuǎn)換為電能，并將該電能輸送至該蓄電模塊； 該蓄電模塊用于存儲該電能，并給該抽油機提供電能； 該控制模塊用于控制該清潔能源發(fā)電模塊的啟動和停止。
2.如權(quán)利要求1所述的供能裝置，其特征在于，該供能裝置還包括一電容模塊； 該清潔能源發(fā)電模塊還用于將該電能輸送至該電容模塊； 該電容模塊用于存儲該電能，并在該抽油機啟動過程中為該抽油機提供電能； 該蓄電模塊用于在該抽油機啟動結(jié)束后的正常運行過程中為該抽油機提供電能。
3.如權(quán)利要求2所述的供能裝置，其特征在于，該控制模塊還用于在該蓄電模塊的當前電量值低于該蓄電模塊的充電預(yù)警值或該電容模塊的當前電量值低于該電容模塊的充電預(yù)警值時，控制該清潔能源發(fā)電模塊啟動，否則該控制模塊控制該清潔能源發(fā)電模塊停止; 該蓄電模塊的充電預(yù)警值為該蓄電模塊的容量的70%-80% ； 該電容模塊的充電預(yù)警值為該電容模塊的容量的40%-50%。
4.如權(quán)利要求3所述的供能裝置，其特征在于，該供能裝置還包括一柴油發(fā)電機； 當該蓄電模塊的當前電量值小于該蓄電模塊的低電量值，并且該電容模塊的當前電量值小于該電容模塊的低電量值時該控制模塊切換至由該柴油發(fā)電機向該抽油機提供電倉泛; 該蓄電模塊的低電量值為該蓄電模塊的容量的10%_20% ； 該電容模塊的低電量值為該電容模塊的容量的5%-10%。
5.如權(quán)利要求1-4中任意一項所述的供能裝置，其特征在于，該清潔能源發(fā)電模塊為太陽能光伏發(fā)電模塊、潮汐能發(fā)電模塊、風(fēng)能發(fā)電模塊或地?zé)崮馨l(fā)電模塊。
6.如權(quán)利要求5所述的供能裝置，其特征在于，該太陽能光伏發(fā)電模塊還包括一液壓模塊，該液壓模塊與該控制模塊以及該太陽能光伏發(fā)電模塊相連，該液壓模塊用于根據(jù)該控制模塊的指令控制該清潔能源發(fā)電模塊啟動或者停止。
7.如權(quán)利要求6所述的供能裝置，其特征在于，該控制模塊為PLC控制器。
8.如權(quán)利要求7所述的供能裝置，其特征在于，該蓄電模塊包括至少一塊蓄電池。
9.如權(quán)利要求2所述的供能裝置，其特征在于，該電容模塊包括至少一個超級電容。
10.如權(quán)利要求3所述的供能裝置，其特征在于，該控制模塊中包括一單刀雙擲開關(guān)，該單刀雙擲開關(guān)用于切換由該蓄電模塊還是由該電容模塊為該抽油機提供電能。
11.如權(quán)利要求4所述的供能裝置，其特征在于，該控制模塊中包括一單刀三擲開關(guān)，該單刀三擲開關(guān)用于切換由該蓄電模塊、該電容模塊或該柴油發(fā)電機為該抽油機提供電倉泛。
12.一種使用如權(quán)利要求1-11中任意一項所述的供能裝置的抽油機系統(tǒng)，其特征在于，該抽油機系統(tǒng)包括該供能裝置。
【文檔編號】H02J7/35GK103944251SQ201310017724
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2013年1月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月17日
【發(fā)明者】方奇鐘, 謝安琛, 丁成龍, 田海濤 申請人:上海奇亞特能源股份有限公司