CN103670341A - 基于wifi网络云服务的数字化节能抽油机 - Google Patents
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Abstract
基于wifi网络云服务的数字化节能抽油机是以游梁式抽油机为载体,在游梁尾部增加一个吊臂,在吊臂上面设置一个自动调平衡的移动装置,采用信息技术,在电机上嵌入电参数传感器,在控制***中采用集成电路、软件和相关信息元器件,集成油井示功图和电参数的采集和传输,对冲次、平衡等参数随工况自动调节,并将运行参数及井场音视频实时传输至wifi网络云端服务器。本发明提供基于wifi网络云服务数字化节能抽油机,可以达到发挥游梁抽油机的皮实可靠的优点,又能达到无游梁抽油机节能、高效、控制数字化、管理智能化的优点。
Description
技术领域
本发明涉及油田石油机械中的抽油机,尤其是涉及信息化数字化节能抽油机。
背景技术
目前公知的抽油机有传统的游梁式抽油机和现代的无游梁式抽油机。前者已经使用了100多年,具有皮实耐用,安全可靠的优点,但是效率低,能耗高,调参困难。后者是近十几年来科研人员新开发的新机型,优点是效率高、节能,但是制造成本高,可靠性差,后期维护费用高,节约的电费几乎又用到后期易损件中去了,因此,得不偿失,推广难以为继,绝大部分油田经过一段时间的试用,经过比对,认为还是游梁机比较好使用,致于效率低、能耗高的问题,希望把无游梁抽油机调节平衡技术嫁接到游梁式抽油机上来解决。
发明内容
为了克服现有游梁抽油机的上述缺陷,扬长避短,本发明提供基于wifi网络云服务数字化节能抽油机,可以达到发挥游梁抽油机的皮实可靠的优点,又能达到无游梁抽油机节能、高效、控制数字化、管理智能化的优点。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案:以游梁式抽油机为载体,在游梁尾部增加一个吊臂,在吊臂上面设置一个自动调平衡的移动装置,采用信息技术,在电机上嵌入电参数传感器,在控制***中采用集成电路、软件和相关信息元器件,集成油井示功图和电参数的采集和传输,对冲次、平衡等参数随工况自动调节,并将运行参数及井场音视频实时传输至wifi网络云端服务器。
所述自动调平衡装置,由机座、伺服电机、联轴器、减速机、圆柱形齿轮、齿条、保持架构成,在吊臂上平面安装齿条,伺服电机通过联轴器与减速机连接,它们共同安装在机座上,在减速机两端输出轴上安装圆柱齿轮,此总成与吊臂的齿条相啮合,在减速机输出轴上部焊接保持架,以防止运行过程中调平衡装置被甩出吊臂。研究与实验表明,平衡好的比平衡差的抽油机井***效率能够提高5%-10%,而且抽油机平衡状况的好坏直接影响到减速机、电机的输出扭矩大小和使用寿命以及抽油机运转平稳性。当驴头前侧悬点负荷增大时,原有的平衡被破坏,电机在上行程过程中扭矩增大,因电流与扭矩成线性关系,故电流也增大。电机在下行过程中,扭矩减小,电流也减小,利用电机的电参数变化可以将其通过控制***反映出来,当平衡度超过设定的85%-110%范围时,控制***便会向伺服电机发出动作指令,通过移动平衡装置便可以获得新的平衡,前侧负荷增加时,伺服电机及减速机及配重机座便向外侧移动,直至达到新的平衡为止。当前侧负荷小时,伺服电机及配重便向内侧移动,直至达到新的平衡。为此,动态调节平衡可以保证抽油机始终在平衡良好的状态下运行,耗能最省。
所述自动控制***是将自动平衡、电机控制、工况监测集成为一个整体,利用一套控制***同时实现这三种功能。集成后电机不仅作为一个动力源还作为一个信息源,从电机的运行参数上获得所需的信息。平衡不好时,电机在运行过程中上冲程抽油与下冲程吸油,电机的扭矩不同,其电流也有所不同,通过判断上升与下降时电机的上述参数即可获知平衡度如何。运行状态和运行方向、上行下行、扭矩、电流、频率、冲次均可通过电机的运行参数获得,无须若干个传感器。
所述宽带wifi网络是作为油井监控***的网络基础,采用一台wifi主站,覆盖50Km2区域内的所有油井,实现工况参数音视频传输,利用太阳能与风能供电的远距离wifi网桥,实现无人区的油井监控,监控***的软件设计采用云端结构,所有的监控数据均存储于云端服务器上,通过web服务发布到各终端。
本发明的工作原理是:游梁式抽油机是一种变形的四连杆机构,其整机结构像一架天平,一端是抽油载荷,另一端是平衡配重。如果抽油载荷和平衡配重形成的扭矩相等或变化一致,那么用很小的动力就可以使抽油机连续不间断地工作,也就是说抽油机的节能技术取决于平衡的好坏,在平衡度为100%时电动机提供的动力仅用于提起1/2液柱重量和克服摩擦力,平衡率越差,则需要电动机提供的动力越大。因为抽油载荷是每时每刻都在变化的,而平衡配重不可能和抽油载荷作完全一致的变化。只能通过调节配重的力臂才能实现平衡。
本发明的有益效果是显而易见的,一是采用动态调平衡,可以保证抽油机耗能最省。二是采用电机参数作为信息源,可以得到大量的油井工况信息。三是把自动调平衡、电机控制、工况监控集成为一个整体,利用一套控制***同时实现这三种功能,节约了大量的传感设备。四是采用宽带wifi网络作为油井监控***的网络基础,将信息化新技术引进抽油机技术领域,充分利用了网络云服务的资源,即时传输工况参数和井场音视频,达到遥控遥测,防盗,安全,大大提高抽油机的技术水平和竞争能力,节约维护成本,减轻工人劳动强度,实现了石油工人巡井不用到野外的百年梦想。
附图说明
下面结合附图和实施例对基于wifi网络云服务数字化节能抽油机作进一步的说明:
图1是本发明的总装图;
图2是动态调平衡装置结构图;
图3是本发明的工作原理图;
图4是wifi组网示意图;
图5是自动调平衡控制框图;
图6是集成控制器框图。
图中:1、悬绳器;2、驴头;3、游梁;4、吊臂;5、移动配重;6、活动配重块;7、齿条;8、齿轮;9、移动配重减速机;10、联轴器;11、伺服电机;12、机座;13、保持架;14、主电机;15、集中处理器;16、wifi链路;17、wifi主站;18、局域网;19、服务器;20、终端电脑;21、平衡度需求;22、PI调节器;23、平衡调节指令;24、平衡调节模块;25、上行电流;26、下行电流;27、电机控制器。
具体实施方式:
根据图1实施例:该项目的载体是游梁式抽油机,在游梁3的后端连接吊臂4,在吊臂4的尾部设置配重筒,筒内僻出一个内接正方形的空间,空间外填充铁块及砼,空间内供活动配重块6增减。调节平衡时,分为三个步骤,即粗调,精调,微调,所谓粗调即根据悬点负荷初步确定配重的重量,大体接***衡即可。所谓精调,即在配重筒内装上若干块活动钢板6,是在粗调的基础上的调整。调整时须停车。所谓微调,即是将伺服电机、减速机、机座等作为一个移动配重块,抽油机运行过程中,随着井下工况如液量、积蜡、沙卡、卡泵等情况发生时,悬点负荷会发生变化,这变化如果不大,符合平衡度85-110%时,移动配重基本不动,当超出平衡度范围,主电机扭矩发生变化,电信号传到集中处理器后,集中处理器便会向伺服电机11发出指令,当悬点负荷1增大,伺服电机11带动减速机9通过齿轮8及齿条7使移动配重5向外侧移动。当悬点负荷1减小时,移动配重5向内侧移动,作配重的动态微调。上述微调装置是动态自动控制的,无须停车。其控制框图如图5,测量力臂采用位移传感器或者角度传感器,通过集中处理器计算出力臂长度,控制***根据平衡情况实施配重的调整。控制***硬件部分与本项目其他的控制器集成在一起。软件的控制策略采用PI调节器22,将移动配重5逐渐调整到最终平衡位置。
图2实施例中,吊臂4是载体,齿条7固定在吊臂4上,伺服电机11通过联轴器10与减速机9连接,它们共同安装在机座12上,为防止移动配重5在运行中被甩出的危险,用保持架13间隙固定在吊臂4上。
图3实施例是工作原理示意图,已在发明内容中阐述,这里不再赘述。
图4实施例是wifi组网示意图,本项目采用一台wifi主站17覆盖50平方公里区域范围内的所有油井,基本囊括一个采油厂一个采油区的所有抽油机,不仅可以无线传输工况参数,而且传输音视频,不仅无网络使用费,而且组成的专用网络不受公网安全威胁。利用太阳能与风能供电的远距离wifi网桥可实现无人区的油井监控。监控***的软件设计采用云端架构。所有监控数据均存储于云端服务器上,通过Web服务发布到各终端。图中17是主站,16是wifi链路,18是局域网,19是服务器,20是终端电脑。
图6是集成控制器框图,利用一套控制***同时实现自动调平衡,电机控制,工况监测。它的结构是采用一片主控制芯片为主控芯片,该主控芯片连接到电机逆变器,将电机逆变器的运行参数读出,经过计算得出工况参数,如平衡度,运行状态和运行方向,上行下行电流,冲次、悬点负荷等。根据平衡度参数经PI调节器22的调节,确定平衡配重的力臂,从而得到调平衡驱动电机的运行指令,将指令发送到驱动电机的控制器上。并且将各工况参数通过通讯模块发送出去。
Claims (4)
1.一种基于wifi网络云服务数字化节能抽油机,由游梁式抽油机,吊臂,移动配重,主电机及电参数传感器,wifi主站,wifi链路,局域网,服务器,终端电脑构成,其特征是:吊臂安装在游梁的后端,在吊臂的上平面上安装自动调节移动配重,在主电机上安装电参数传感器,将自动调平衡、电机控制、工况监测集成为集中控制器,并采用wifi网络传输将工况参数和井场音视频信息发送到终端。
2.根据权利要求1所述基于wifi网络云服务数字化节能抽油机,其特征在于:自动移动配重由齿条、齿轮、减速机、联轴器、伺服电机、机座保持架构成,齿条固定在吊臂上平面上,电机通过联轴器与减速机相连接,在减速机两端输出轴上安装齿轮,齿轮再与齿条啮合,保持架与移动配重间隙配合固定在吊臂上。
3.根据权利要求1所述基于wifi网络云服务数字化节能抽油机,其特征在于:所述集中控制器是将自动调平衡、电机控制、监测集成为一个整体,利用一套控制***同时实现三种功能,在电机上嵌入电参数传感器,采用一片主控制芯片作为主控芯片,该主控芯片连接到电机逆变器,将电机逆变器的运行参数读出,经过计算得出各项工况参数,如平衡度,运行状态和运行方向上下行电流、频率、扭矩、冲次、悬点负荷,根据平衡度参数经过PI调节器的调节,确定平衡配重的力臂,从而得到驱动电机的运行指令,将指令发送到驱动电机的控制器上,并且将工况参数通过通讯模块发送出去。
4.根据权利要求1所述基于wifi网络云服务数字化节能抽油机,其特征在于:所述wifi网络云服务是采用宽带wifi网络作为油井监控***的网络基础,采用一台wifi主站覆盖50平方公里区域范围内的所有油井,实现工况参数,音视频传输,利用太阳能与风能供电的远距离wifi网桥,实现无人区的油井监控,监控***的软件设计采用云端架构,所有监控数据均存储于云端服务器上,通过web服务发布到各终端。
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