一種風光儲聯合的游梁式抽油機智能平衡裝置機械部分的制作方法
【專利摘要】一種風光儲聯合的游梁式抽油機智能平衡裝置機械部分，電機通過皮帶輪與減速器連接，減速器和曲柄連接，曲柄末端上設置有曲柄平衡塊，曲柄通過連桿和游梁連接，在游梁后臂設置有平衡塊智能調節裝置，在游梁另一端設置有驢頭及桿柱系統。本實用新型機械部分具有結構緊湊、尺寸小、工作可靠、實時平衡效果好、節能效果顯著等特點，真正實現了游梁式抽油機的節能降耗。
【專利說明】一種風光儲聯合的游梁式抽油機智能平衡裝置機械部分

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及石油采油設備【技術領域】，特別涉及一種風光儲聯合的游梁式抽油機智能平衡裝置機械部分。
技術背景
[0002]雖然國內外開發出很多新型抽油機:凸輪抽油機、鏈條抽油機、皮帶抽油機、用于叢式井的曲柄滑塊一機多抽抽油機等。但由于它們在現場的可靠性、使用壽命等問題，目前油田90%仍是游梁式抽油機。但游梁式抽油機能耗大，為了減小能耗，采用平衡塊存儲和釋放能量。傳統的游梁式抽油機平衡方式有:曲柄平衡、游梁平衡、復合平衡，近些年出現的改進型有:隨動平衡、增加超越離合器、飛輪動能平衡、彈簧平衡、電機加滾珠絲杠自動調節平衡等。這些調整方式中，前七種對于現場變化多樣的復雜載荷，平衡效果變差；最后一種雖然效果較好，但其調整電機耗電量抵消了抽油機自身的節電量，因此不能實現真正節能。


【發明內容】

[0003]為了克服上述現有技術的缺陷，本實用新型的目的在于提供一種風光儲聯合的游梁式抽油機智能平衡裝置機械部分，具有結構緊湊、工作可靠、節能效果好的特點。
[0004]為了達到上述目的，本實用新型的技術方案是這樣實現的:
[0005]一種風光儲聯合的游梁式抽油機智能平衡裝置機械部分，機械部分包括電機27，電機27通過皮帶輪28與減速器29連接，減速器29和曲柄17連接，曲柄17末端上設置有曲柄平衡塊18，曲柄17通過連桿19和游梁20連接，在游梁20后臂設置有平衡塊智能調節裝置21，在游梁20另一端設置有驢頭22及桿柱系統23。
[0006]所述的平衡塊智能調節裝置21包括固定在底座13上的伺服電機12，伺服電機12通過聯軸器11與絲杠10連接，聯軸器11通過彈性軸15及左右兩端的螺釘14、16固定，絲杠10上的絲杠螺母9左端設置有平衡塊8，平衡塊8的上下部位均貫穿有導桿7，兩根導桿7通過螺母3固定在軸承座2上，軸承座2通過螺釘I固定在游梁20上，絲杠10左右兩端通過軸承5固定在軸承座2上,軸承5外端面通過端蓋4定位,端蓋4由螺母6固定。
[0007]本實用新型機械部分具有結構緊湊、尺寸小、工作可靠、實時平衡效果好、節能效果顯著等特點，真正實現了游梁式抽油機的節能降耗。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是本實用新型的總體原理結構圖。
[0009]圖2是本實用新型的單片機智能控制部分結構圖。
[0010]圖3是本實用新型的機械部分裝配圖。
[0011]圖4是本實用新型的實時控制流程圖。
[0012]圖5是本實用新型的單片機控制器控制算法示意圖。

【具體實施方式】
[0013]下面結合附圖對本實用新型做進一步詳細敘述。
[0014]參照圖1，一種風光儲聯合的游梁式抽油機智能平衡裝置，包括機械部分和控制部分，機械部分包括電機27，電機27通過皮帶輪28與減速器29連接，減速器29和曲柄17連接，曲柄17末端上設置有曲柄平衡塊18，曲柄17通過連桿19和游梁20連接，在游梁20后臂設置有平衡塊智能調節裝置21，在游梁20另一端設置有驢頭22及桿柱系統23。
[0015]控制部分包括單片機控制器24，單片機控制器24與機械部分平衡塊智能調節裝置21的伺服電機12控制端相連，單片機控制器24的電源端口與太陽能電池25和風力發電機26相連。
[0016]參照圖2，所述的單片機控制器包括主電機電壓傳感器和主電機電流傳感器，電機電壓傳感器和主電機電流傳感器的信號端與變送器信號輸入端連接，變送器信號輸出端與單片機連接，單片機控制信號輸出端與驅動器連接，驅動器輸出端與伺服電機12連接，穩壓電源對變送器、單片機、驅動器、伺服電機供電，穩壓電源輸入端與蓄電池連接，蓄電池通過穩壓器I與風力發電機26供電端相連，蓄電池還通過穩壓器II與太陽能電池25供電端相連。
[0017]參照圖4，所述的單片機采用模糊ro控制，應用實時調節控制算法，具體如下:
[0018](I)通過傳感器檢測抽油機一個沖程內電流、電壓，計算其平衡度；
[0019](2)根據抽油機實際平衡度，計算模糊控制器輸入量e及其變化率；
[0020](3)確定模糊控制器的輸入量、輸出量論域范圍、模糊控制規則；
[0021](4)模糊控制器對輸入量進行模糊化、模糊推理、去模糊化，得到輸出量kp和kd ；
[0022](5)根據模糊控制器輸出的參數kp和kd，PD控制器用來對抽油機平衡裝置進行實時控制，輸出控制量U，考慮到實時性要求，采用ro控制算法公式如下:


{B.— Bt)) — {B: j — Bq)
[0023]u = kp (Bj-B0) + kd (-^~'> / 7-1~-)


At
[0024]式中kp為比例因子，kd為微分因子，Bj為當前采樣時刻的平衡度值，Bj^1為前一時刻的平衡度值，Btl為最佳平衡度值，輸出量u為電壓值，可正可負，即伺服電機可以正向和反向轉動，反向轉動時，平衡塊朝著遠離游梁支撐中心的位置移動，參照圖5 ；
[0025](6)返回(I)。
[0026]參照圖3，所述的平衡塊智能調節裝置21包括固定在底座13上的伺服電機12，伺服電機12通過聯軸器11與絲杠10連接，聯軸器11通過彈性軸15及左右兩端的螺釘14、16固定，絲杠10上的絲杠螺母9左端設置有平衡塊8，平衡塊8的上下部位均貫穿有導桿7，兩根導桿7通過螺母3固定在軸承座2上，軸承座2通過螺釘I固定在游梁20上，絲杠10左右兩端通過軸承5固定在軸承座2上，軸承5外端面通過端蓋4定位，端蓋4由螺母6固定。
[0027]所述的絲杠10采用W1L4006，公稱直徑40mm。
[0028]所述的軸承5采用深溝球軸承6207。
[0029]所述的平衡塊8，應該根據抽油機機型變化，其質量在800Kg_1200Kg之間變化。
[0030]所述的太陽能電池25的電池板采用多晶硅太陽能電池板，每塊板90w，共使用5塊。
[0031]所述的單片機型號為JMDM-28D10MT，進行控制時其可靠性好、抗干擾能力強，12路光電隔離晶體管輸出控制，抗靜電沖擊，電腦串口控制，用Keil C或匯編語言編程。
[0032]所述的風力發電機26，功率為500W，風輪直徑2.5m,葉片材質增強玻璃鋼，額定風速8m/s,啟動風速3m/s。
[0033]所述的蓄電池，電壓12V，容量200AH，荷電狀態:免維護蓄電池，化學類型:膠體蓄電池，適用范圍:太陽能蓄電池。
[0034]本實用新型的工作原理為:
[0035]參照附圖1、圖3，當白天光線足夠強時，太陽能電池25為蓄電池充電，并向伺服電機12和單片機供電。當白天或夜間風力足夠大時，由風力發電機26給蓄電池充電，并向伺服電機12及單片機供電。如果夜間風力不夠，則由蓄電池所充電能供電。如抽油機出現欠平衡，單片機發出指令，驅動伺服電機12轉動，帶動絲杠10旋轉，絲杠10上絲杠螺母9向左運動，絲杠螺母9固定在平衡塊8上，從而帶動平衡塊8向左運動，平衡塊8有效力臂變長，抵消了懸點處載荷的增加，使欠平衡得到改善。
[0036]參照附圖2，風力發電機26和太陽能電池25的電壓通過各自的穩壓器1、11進行穩壓后，存儲在蓄電池中。由單片機根據主電機電流、電壓傳感器信號計算的抽油機平衡度，然后確定所需實時控制信號大小，控制伺服電機12轉動。
[0037]參照附圖4，在每一個沖程周期或者指定的控制周期內，單片機確定控制平衡塊運動的具體流程。
[0038]參照附圖5:單片機控制器按照模糊ro算法，確定當前伺服電機應轉動的角度和角速度。
[0039]經濟性分析:
[0040]由于該裝置增加了風力發電機、太陽能電池板，因此成本較以往的抽油機平衡裝置略有增加，因此有必要進行經濟性分析。
[0041]該裝置的滾珠絲杠、軸承、絲杠螺母部分零件費用約300元，太陽能電池板5塊，每塊90W，共計4000元，風力發電機500W，價格為3000元，蓄電池12V200AH約1500元，單片機控制器約400元，整個裝置制造費用約1000元，伺服電機及驅動器約1000元。如果每個叢式井井場平均7臺抽油機，注意這里的太陽能電池板、蓄電池、風力發電機可以共用，只有滾珠絲杠組件在每臺抽油機安裝一套，因此一個井場上總成本為20800元。按照目前六型抽油機所帶電機為llKw，每臺抽油機除去故障檢修時間，其有效工作時間為300天，使用該裝置可節電15%計算，每年可節約用電8.3萬度，節約費用8.5萬元左右，因此不到半年即可收回成本。
【權利要求】
1.一種風光儲聯合的游梁式抽油機智能平衡裝置機械部分，其特征在于，機械部分包括電機(27)，電機(27)通過皮帶輪(28)與減速器(29)連接，減速器(29)和曲柄(17)連接，曲柄(17)末端上設置有曲柄平衡塊(18)，曲柄(17)通過連桿(19)和游梁(20)連接，在游梁(20)后臂設置有平衡塊智能調節裝置(21)，在游梁(20)另一端設置有驢頭(22)及桿柱系統(23)。
2.根據權利要求1所述的一種風光儲聯合的游梁式抽油機智能平衡裝置機械部分，其特征在于，所述的平衡塊智能調節裝置(21)包括伺服電機(12)，伺服電機(12)通過聯軸器(11)與絲杠(10)連接，絲杠(10)上的絲杠螺母(9)左端設置有平衡塊(8)，平衡塊(8)的上下部位均貫穿有導桿(7)，兩根導桿(7)固定在軸承座(2)上，軸承座(2)固定在游梁(20)上，絲杠(10)左右兩端通過軸承(5)固定在軸承座(2)上，軸承(5)外端面通過端蓋(4)定位，端蓋⑷由螺母(6)固定。
【文檔編號】E21B43/00GK204002714SQ201420229529
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年5月6日 優先權日:2014年5月6日
【發明者】魏航信, 吳偉, 職黎光 申請人:西安石油大學