CN102937674A

CN102937674A - 一种用于抽油机工作效率及平衡度分析的装置及方法

Info

Publication number: CN102937674A
Application number: CN2011102335928A
Authority: CN
Inventors: 徐金超; 韩修廷; 梁宇宁; 董长义; 马志恒; 王兆春; 侯兆锋; 彭鹏
Original assignee: DAQING HENGTONG ELECTRON Co Ltd
Current assignee: DAQING HENGTONG ELECTRON Co Ltd
Priority date: 2011-08-16
Filing date: 2011-08-16
Publication date: 2013-02-20

Abstract

本发明提供了一种用于抽油机工作效率及平衡度分析的装置及方法，相应的装置包括：转速测量单元，用于检测抽油机的输出转速，并将转速检测结果输出给数据处理单元；电量采集单元，用于采集抽油机的电量参数，并将电量采集结果发送给数据处理单元；止点检测单元，用于检测抽油机的冲程起止点，并将起止检测结果发送给数据处理单元；数据处理单元，用于将所述转速检测结果、电量采集结果以及起止检测结果进行混合运算，并将运算结果发送给主控计算机。本发明可以更精准测量抽油机的工作状态，能够同时给出抽油机电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、谐波参数、正负扭矩的测量结果，并给提交抽油机平衡度数据和调整方案。

Description

一种用于抽油机工作效率及平衡度分析的装置及方法

技术领域

本发明涉及一种用于抽油机工作效率及平衡度分析的装置及方法，属于抽油机的工作分析和数字化油田的现场数据采集及分析技术领域。

背景技术

对抽油机进行工作效率及运行的平衡度分析是一项具有重大节能意义的检测技术，由于抽油机机械结构的不停磨损及井下工况的随时变化，抽油机的工作效率随着运行时间的推移会逐步降低，从而增加了抽油机的能耗。如果能够实现精确的检测，再根据检测结果对抽油机进行平衡调整，可使抽油机的效率(或平衡度)恢复到80％以上，折算到电能方面，新调整的抽油机节能8％以上。由此，这种抽油机工作效率及平衡度分析仪器是一种经常使用的常备测量设备。

目前国内外已经有一些现有的技术和成型产品面市，但在检测原理、安装工艺和技术指标上还存在很大的缺陷，具体表现在以下几个方面：

1、不能进行扭矩测量

现有产品通常只是通过电量测量进行抽油机工作效率分析，这种分析技术只能得出定性结论，不能给出精确的平衡度调整方案。虽然部分现行仪器也可以给出调整方案，但由于测量原理的限制，注定了所给出的调整方案也是不精确的。

从理论上看，抽油机的工作效率及平衡度是要通过测量机械参数进行分析的，例如，测量抽油机的悬点载荷，但这种测量方法必须发动抽油机的机械结构，要在适当的位置加装力传感器，这就使得这种方法在现场应用中受到了极大的限制。

采用不改动抽油机机械结构的方法测量抽油机的工作效率及平衡度，是抽油机节能技术的发展方向，测量抽油机机械输出扭矩是一个全新的技术方法。目前所有的现行相关仪器不具备测量扭矩的功能。

2、不能测量抽油机止点

进行抽油机工作效率及平衡度分析测量时，需要在抽油机的单个冲程内完成，故而，判断冲程的起始点及终止点是十分重要的。

现行仪器是通过电机电流的变化间接判断出冲程止点，但由于抽油机存在曲柄偏角，所以根据电流变化判断冲程止点是很不精确的。

3、不能无线传输测量数据

现行仪器都采用了现场操作方式，在温度很低冬季环境下操作仪器，不仅对仪器的温度特性是一个考验，而且不利于操作者的操作。

本发明采用了无线数据传输技术，仪器安装在抽油机现场，主控计算机可以放置在100米范围内的任意场合，例如仪表车，这就使得设备的工作环境得到了极大的改善。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有抽油机进行工作效率及运行的平衡度分析技术中存在的不能进行扭矩测量、不能测量抽油机止点以及不能无线传输测量数据的问题，进而提供一种在扭矩测量、数据传输方式等方面进行了原理变更和工艺变更，从而实现了抽油机工作效率及平衡度分析的装置及方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种用于抽油机工作效率及平衡度分析的装置，包括：

转速测量单元，用于检测抽油机的输出转速，并将转速检测结果输出给数据处理单元；

电量采集单元，用于采集抽油机的电量参数，并将电量采集结果发送给数据处理单元；

止点检测单元，用于检测抽油机的冲程起止点，并将起止检测结果发送给数据处理单元；

数据处理单元，用于将所述转速检测结果、电量采集结果以及起止检测结果进行混合运算，并将运算结果发送给主控计算机。

本发明由于采用了电量、转速和扭矩等综合工况数据的采集模式，可以更精准测量抽油机的工作状态，能够同时给出抽油机电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、谐波参数、正负扭矩的测量结果，并给提交抽油机平衡度数据和调整方案；此外，由于发明了止点检测装置，可以使仪器脱离人工控制，实现自动检测；由于采用了无线数据传输技术，使得操作环境更加舒适，并提高了仪器的技术含量。

附图说明

图1是本发明实施方式提供的用于抽油机工作效率及平衡度分析的装置的结构示意图；

图2是本发明实施方式提供的转速测量电路原理示意图；

图3是本发明实施方式提供的电量运算单元电路原理示意图；

图4是本发明实施方式提供的数据运算单元处理流程示意图；

图5是本发明实施方式提供的无线数据传输电路原理图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述实施例。

如图1所示，本实施例所涉及的一种用于抽油机工作效率及平衡度分析的装置，包括：

转速测量单元1，用于检测抽油机的输出转速，并将转速检测结果输出给数据处理单元4；

电量采集单元2，用于采集抽油机的电量参数，并将电量采集结果发送给数据处理单元4；

止点检测单元3，用于检测抽油机的冲程起止点，并将起止检测结果发送给数据处理单元4；

数据处理单元4，用于将所述转速检测结果、电量采集结果以及起止检测结果进行混合运算，并将运算结果发送给主控计算机。

图2所示为转速测量单元1的电气原理图，来自光电传感器的转速脉冲先经过整形电路进行预处理，然后通过EMP7128芯片换算成转速数据。

图3所示为电量采集单元2中电量运算子单元的电气原理图，来自电量采集单元2的抽油机电流电压信号进入电量运算子单元，经AD转换后形成电量数据。

图4所示为数据运算单元4的处理流程示意图，相应的数据运算单元4由STM32F107芯片构成，该芯片内嵌各种数据处理程序模块，其具体处理流程为：所输入的电量数据通过电流模块处理成抽油机电流数据；通过电压模块处理成抽油机电压数据；通过功率模块处理成抽油机有功功率、无功功率、视在功率等功率数据；通过功率因数模块处理成抽油机功率因数数据；通过谐波参数模块处理成抽油机谐波参数数据；转速模块读取来自转速测量装置的转速数据。

上述数据中，转速数据、电流数据、电压数据进入扭矩模块，形成抽油机扭矩数据，止点信号是该模块的控制信号；功率数据、功率因数数据、谐波参数数据、扭矩数据、转速数据进入通讯协议模块，由该模块控制无线数据传输装置向主控计算机发送上述混合数据。

图5所述为无线数据传输子单元的电气原理图，来自数据运算子单元的混合数据通过串口连接SZ05-STD芯片，该芯片采用标准的ZIGBEE协议将这些数据通过发送天线发送到主控计算机接收单元。

主控计算机的接收单元采用了配对的SZ05-STD芯片，该芯片将接收数据通过TTL232USB芯片转换成USB接口，进入主控计算机。

在数据运算子单元中，扭矩计算方法如下所示：

电机输出扭矩可由如下公式进行换算：

T＝9549P/n；T为扭矩，单位为N·M；P为电机功率，单位为KW；n为电机转速，单位为转/分钟。

根据上述公式，可采用同时读取电机转速、电机电流(有效值)、线电压(有效值)，然后按照T＝(9549×1.732×I×U×cosφ)/(1000n)＝16.54IU cosφ/n进行计算，其中cosφ为电机功率因数。

扭矩方向的测量原理为：电机的电流和转速在正负扭矩的情况下会有显著的不同。扭矩的方向就依据电机的电流和转速进行综合判断。经验显示，当电机输出正扭矩时，电机电流应当加大，且转速降低；当电机输出负扭矩时，上述情况会反转。

本具体实施方式由于采用了电量、转速和扭矩等综合工况数据的采集模式，可以更精准测量抽油机的工作状态，能够同时给出抽油机电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、谐波参数、正负扭矩的测量结果，并给提交抽油机平衡度数据和调整方案；此外，由于发明了止点检测装置，可以使仪器脱离人工控制，实现自动检测；由于采用了无线数据传输技术，使得操作环境更加舒适，并提高了仪器的技术含量。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims

1.一种用于抽油机工作效率及平衡度分析的装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的用于抽油机工作效率及平衡度分析的装置，其特征在于，所述转速测量单元包括光电编码盘、光电传感器和探头支架，所述光电编码盘通过在一个直径为15CM的圆盘上刻制黑白相间的64辐射条制成，所述光电传感器为反射式红外光电传感，所述探头支架为可进行伸缩调整且探头前端可进行上下及左右的自由调整的探头支架。

3.根据权利要求1所述的用于抽油机工作效率及平衡度分析的装置，其特征在于，所述电量采集单元的电流探头为钳型，电压探头为吸附式结构。

4.根据权利要求1所述的用于抽油机工作效率及平衡度分析的装置，其特征在于，所述止点检测单元包括磁钢圆片和接近式传感器，所述磁钢圆片标识了NS极，所述接近式传感器为双芯片差动式磁敏检测。

5.根据权利要求1所述的用于抽油机工作效率及平衡度分析的装置，其特征在于，所述数据处理单元包括数据运算子单元和无线数据传输子单元，数据运算子单元用于收集转速数据、止点信号和电量数据以及止点信号控制数据采集过程的启动和停止，并计算出扭矩、电机电流、电压、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、谐波参数，通过无线数据传输子单元将混合数据发送到主控计算机。

6.一种基于权利要求1至5任意一项所述的用于抽油机工作效率及平衡度分析的装置的分析方法，其特征在于，包括：

通过所述转速测量单元检测抽油机的输出转速，并将转速检测结果输出给数据处理单元；

通过所述电量采集单元采集抽油机的电量参数，并将电量采集结果发送给数据处理单元；

通过所述止点检测单元检测抽油机的冲程起止点，并将起止检测结果发送给数据处理单元；

通过所述的数据处理单元将所述转速检测结果、电量采集结果以及起止检测结果进行混合运算，并将运算结果发送给主控计算机。