一种游梁式抽油机悬点载荷的在线软测量方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种游梁式抽油机悬点载荷在线软测量方法及装置。其测量方法是采用一种测控装置采集抽油机系统的输入有功功率，并建立驱动电机输入电参数、抽油机四连杆定参数以及抽油机驴头悬点载荷之间的数学模型，据此实现对游梁式抽油机悬点载荷的软测量。其测控装置由游梁式抽油机驱动电机电参量采集单元、游梁式抽油机驱动电机电参量处理单元、输出执行单元三大工作单元组成。本发明专利技术能准确监测游梁式抽油机悬点载荷，有效克服常规测量方法存在的易受工作环境干扰、测量结果准确度低、需额外增加传感器、安装维护不方便等缺陷。

【技术实现步骤摘要】
一种游梁式抽油机悬点载荷的在线软测量方法及装置
本专利技术属于油田采油生产过程状态监测及机采提效控制
，涉及一种游梁式抽油机悬点载荷的在线软测量方法及装置。
技术介绍
游梁式抽油机悬点载荷的在线准确测量是保障井泵示功图绘制和工况分析、机采系统提效与故障诊断有效性的重要措施。目前本领域公知的测量方法是载荷传感器法，此法因需在抽油机机架或光杆上额外装设载荷传感器而存在增加材料与施工成本、增大运维工作量等缺陷，同时受载荷传感器本身寿命老化、性能系数畸变等因素制约，该法稳定性较差、准确性不高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于对现有技术存在的上述问题加以解决，提供一种游梁式抽油机悬点载荷的在线软测量方法及装置，通过实时监测抽油机驱动电机电参量来实现游梁式抽油机悬点载荷的在线软测量，能准确监测游梁式抽油机悬点载荷，有效克服常规测量方法存在的易受工作环境干扰、测量结果准确度低、需额外增加传感器、安装维护不方便等缺陷。本专利技术所述的游梁式抽油机悬点载荷的在线软测量方法，包括以下的实施步骤：步骤一、通过游梁式抽油机悬点载荷软测量装置的三相电压检测模块和三相电流检测模块采集游梁式抽油机驱动电机的瞬时电压值ua(t)、ub(t)、uc(t)和瞬时电流值ia(t)、ib(t)、ic(t)，其中下标a、b、c分别表示三相交流电制中的a相、b相、c相电，经游梁式抽油机悬点载荷软测量装置的模拟信号调理电路模块放大、限幅、滤波、I/V变换后，根据瞬时无功理论公式或瞬时功率定义公式由游梁式抽油机悬点载荷软测量装置的DSP系统模块计算获得驱动电机输入的实时合相有功功率值p(t)，再由平均有功功率定义计算获得驱动电机输入平均有功电功率值P1，当驱动电机运行时，需要克服其内部损耗做功，驱动电机效率为η，可利用公式(1)计算驱动电机转轴上输出的有功功率P2，P2＝ηP1(1)根据公式(2)计算驱动电机输出轴转矩Md，式(2)中ω为驱动电机角速度，nm为驱动电机轴转速。可利用公式(3)计算曲柄输出轴扭矩Med，式(3)中n为抽油机冲次，i是从驱动电机到减速器输出轴的总传动比，是驱动电机轴到曲柄轴的传动效率，m是指数(Md＞0、m＝1，Md＜0、m＝-1)；步骤二、由游梁式抽油机悬点载荷软测量装置的单片机系统模块根据公式(4)计算单位悬点载荷在曲柄上所产生的扭矩，即扭矩因数其中，δ＝180°-ψ-β1(7)ψ＝Ω+φ(10)在公式(4)、(5)、(6)、(7)、(8)、(9)和(10)中，四连杆结构图如图1所示，K为极距，减速器输出轴中心O到游梁支承中心O1的距离；K1为横梁轴承中心B到极距的垂足O2与游梁支承中心O1之间的距离；K2为横梁轴承中心B到极距的垂足O2与减速器输出轴中心O之间的距离；K3为横梁轴承中心B到极距的距离；K4为横梁轴承中心B到减速器输出轴中心O的距离；A为抽油机游梁前臂的长度；C为抽油机游梁后臂的长度；R为曲柄半径；P为连杆长度，横梁轴承中心到曲柄销轴承中心的距离；α为抽油机连杆与曲柄之间的夹角；β1为横梁轴承中心B和减速器输出轴中心O的连线与极距之间的夹角；β2为横梁轴承中心B和减速器输出轴中心O的连线与曲柄半径之间的夹角；δ为横梁轴承中心B和减速器输出轴中心O的连线与抽油机游梁后臂的夹角；φ为极距与水平线的夹角；ψ为抽油机游梁后臂与极距之间的夹角；Ω为游梁倾角，是游梁前臂与水平线X的夹角，由游梁倾角测量模块进行测量，当游梁前臂在水平线以下时为正值，而当游梁前臂在水平线以上时为负值；步骤三、对于游梁平衡游梁式抽油机，由游梁式抽油机悬点载荷软测量装置的单片机系统模块根据公式(11)计算悬点载荷W，式(11)中，B为结构不平衡重，Ω为游梁倾角。本专利技术用于一种游梁式抽油机悬点载荷的在线软测量方法的软测量装置，包括游梁式抽油机驱动电机电参量采集单元、游梁式抽油机驱动电机电参量处理单元和输出执行单元；其中所述游梁式抽油机驱动电机电参量采集单元由三相电压检测模块、三相电流检测模块、游梁倾角测量模块和遥信检测与闭锁模块组成；所述游梁式抽油机驱动电机电参量处理单元由单片机系统模块、DSP系统模块、CPLD逻辑与组合系统模块、模拟信号调理电路模块、数字信号调理电路模块、串行通信模块、液晶显示模块和键盘模块组成；所述输出执行单元由光电耦合器和控制输出模块组成；所述三相电压检测模块、所述三相电流检测模块、所述游梁倾角测量模块的输出端分别接入所述游梁式抽油机驱动电机电参量处理单元内的所述模拟信号调理电路模块的输入端，所述遥信检测与闭锁模块的输出端接入所述游梁式抽油机驱动电机电参量处理单元内所述数字信号调理电路模块的输入端；所述模拟信号调理电路模块的输出端接至所述DSP系统模块的输入端，所述数字信号调理电路模块的输出端接至所述CPLD逻辑与组合系统模块，所述DSP系统模块通过标准SPI总线与所述单片机系统模块相连，同时通过通用并行输入输出口与所述CPLD逻辑与组合系统模块相连，所述单片机系统模块通过通用并行输入输出口和所述CPLD逻辑与组合系统模块相连，所述串行通信模块通过第一个磁耦合器模块隔离后与所述单片机系统模块内嵌的UART串行口相连，所述键盘模块的输出端经第三个磁耦合器模块隔离后与所述CPLD逻辑与组合系统模块的输入端相连，所述CPLD逻辑与组合系统模块的显示输出端经第二个磁耦合器模块隔离后与所述液晶显示模块的输入端相连；所述控制输出模块通过所述光电耦合器隔离后与所述游梁式抽油机驱动电机电参量处理单元内所述CPLD逻辑与组合系统模块的输出端相连。本专利技术具有以下有益效果：一、采用本专利技术所述的方法及装置通过实时监测抽油机驱动电机电参量实现游梁式抽油机悬点载荷的测量，是一种典型的“以软代硬”间接软测量方法，不需在抽油机系统本体上额外增加传感器、不用铺设传感器电源线和信号线，减少施工成本且维护方便。二、测量的性能不易受载荷传感器本身寿命老化、性能系数畸变等因素影响，可靠性好、准确性高。三、本专利技术所述的游梁式抽油机悬点载荷软测量装置功能区明显，强弱电隔离完善，容易升级，该装置设置了专有通讯与人机交互环节，可直接无缝融入数字化油田管控平台。附图说明图1为本专利技术所述的游梁式抽油机的四连杆结构图；其基本参数及意义表示如下：A——抽油机游梁前臂的长度(m)；C——抽油机游梁后臂的长度(m)；H——抽油机游梁支承中心点到底座最下方的高度(m)；I——游梁支承中心到减速器输出轴中心的水平距离(m)；K——极距，减速器输出轴中心到游梁支承中心的距离(m)；P——连杆长度，横梁轴承中心到曲柄销轴承中心的距离(m)；R——曲柄半径(m)；X——水平线(实际不存在)；α——抽油机连杆与曲柄之间的夹角(°)；<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种游梁式抽油机悬点载荷的在线软测量方法，其特征是包括以下的实施步骤：/n步骤1、通过游梁式抽油机悬点载荷软测量装置的三相电压检测模块和三相电流检测模块采集游梁式抽油机驱动电机的瞬时电压值u

【技术特征摘要】
1.一种游梁式抽油机悬点载荷的在线软测量方法，其特征是包括以下的实施步骤：
步骤1、通过游梁式抽油机悬点载荷软测量装置的三相电压检测模块和三相电流检测模块采集游梁式抽油机驱动电机的瞬时电压值ua(t)、ub(t)、uc(t)和瞬时电流值ia(t)、ib(t)、ic(t)，其中下标a、b、c分别表示三相交流电制中的a相、b相、c相电，由游梁式抽油机悬点载荷软测量装置的DSP系统模块计算获得驱动电机输入的实时合相有功功率值p(t)，再由平均有功功率定义计算获得驱动电机输入平均有功电功率值P1，根据公式(1)计算驱动电机转轴上输出的有功功率P2，公式(1)中η表示驱动电机效率，
P2＝ηP1(1)
根据公式(2)计算驱动电机输出轴转矩Md，



公式(2)中ω为驱动电机角速度，nm为驱动电机轴转速；
根据公式(3)计算曲柄输出轴扭矩Med，



公式(3)中n为抽油机冲次，i是从驱动电机到减速器输出轴的总传动比，是驱动电机轴到曲柄轴的传动效率，m是指数，其中Md＞0、m＝1，Md＜0、m＝-1；
步骤2、由游梁式抽油机悬点载荷软测量装置的单片机系统模块根据公式(4)计算单位悬点载荷在曲柄上所产生的扭矩，即扭矩因数



其中，






δ＝180°-ψ-β1(7)






ψ＝Ω+φ(10)
在公式(4)、(5)、(6)、(7)、(8)、(9)和(10)中，K为极距，减速器输出轴中心O到游梁支承中心O1的距离；K1为横梁轴承中心B到极距的垂足O2与游梁支承中心O1之间的距离；K2为横梁轴承中心B到极距的垂足O2与减速器输出轴中心O之间的距离；K3为横梁轴承中心B到极距的距离；K4为横梁轴承中心B到减速器输出轴中心O的距离；A为抽油机游梁前臂的长度；C为抽油机游梁后臂的长度；R为曲柄半径；P为连杆长度，横梁轴承中心到曲柄销轴承中心的距离；α为抽油机连杆与曲柄之间的夹角；β1为横梁轴承中心B和减速器输出轴中心O的连线与极距K之间的夹角；β2为横梁轴承中心B和减速器输出轴中心O的连线与曲柄半径R之间的夹角；δ为横梁轴承中心B和减速器输出轴中心O的连线与抽油机游梁后臂的夹角；φ为极距K与水平线X的夹角；ψ为抽油机游梁后臂与极距K之间的夹角；Ω为游梁倾角，是游梁前臂与水平线X的夹角，由游梁倾角测量模块进行测量，当游梁前臂在水平线X以下时为正值，而当游梁前臂在水平线X以上时为负值；
步骤3、由游梁式抽油机悬点载荷软测量装置的单片机系统模块根据公式(11)计算悬点载荷W，



公式(11)中，B为结构不平衡重，Ω为游梁倾角。


2.如权利要求1所述的一种游梁式抽油机悬点载荷的在线软测量方法的软测量装置，其特征是软测量装置包括游梁式抽油机驱动电机电参量采集单元、游梁式抽油机驱动电机电参量处理单元和输出执行单元；其中
所述游梁式抽油机驱动电机电参...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵怀军，胡定兴，吕晓鹏，梁旭涛，贺可可，朱军鹏，
申请(专利权)人：西安华瑞网电科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61