基于wifi網(wǎng)絡(luò)云服務(wù)的數(shù)字化節(jié)能抽油的制造方法
【專利摘要】基于wifi網(wǎng)絡(luò)云服務(wù)的數(shù)字化節(jié)能抽油機是以游梁式抽油機為載體，在游梁尾部增加一個吊臂，在吊臂上面設(shè)置一個自動調(diào)平衡的移動裝置，采用信息技術(shù)，在電機上嵌入電參數(shù)傳感器，在控制系統(tǒng)中采用集成電路、軟件和相關(guān)信息元器件，集成油井示功圖和電參數(shù)的采集和傳輸，對沖次、平衡等參數(shù)隨工況自動調(diào)節(jié)，并將運行參數(shù)及井場音視頻實時傳輸至wifi網(wǎng)絡(luò)云端服務(wù)器。本發(fā)明提供基于wifi網(wǎng)絡(luò)云服務(wù)數(shù)字化節(jié)能抽油機，可以達到發(fā)揮游梁抽油機的皮實可靠的優(yōu)點，又能達到無游梁抽油機節(jié)能、高效、控制數(shù)字化、管理智能化的優(yōu)點。
【專利說明】基于Wifi網(wǎng)絡(luò)云服務(wù)的數(shù)字化節(jié)能抽油機
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及油田石油機械中的抽油機，尤其是涉及信息化數(shù)字化節(jié)能抽油機。
【背景技術(shù)】
[0002]目前公知的抽油機有傳統(tǒng)的游梁式抽油機和現(xiàn)代的無游梁式抽油機。前者已經(jīng)使用了 100多年，具有皮實耐用，安全可靠的優(yōu)點，但是效率低，能耗高，調(diào)參困難。后者是近十幾年來科研人員新開發(fā)的新機型，優(yōu)點是效率高、節(jié)能，但是制造成本高，可靠性差，后期維護費用高，節(jié)約的電費幾乎又用到后期易損件中去了，因此，得不償失，推廣難以為繼，絕大部分油田經(jīng)過一段時間的試用，經(jīng)過比對，認為還是游梁機比較好使用，致于效率低、能耗高的問題，希望把無游梁抽油機調(diào)節(jié)平衡技術(shù)嫁接到游梁式抽油機上來解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服現(xiàn)有游梁抽油機的上述缺陷，揚長避短，本發(fā)明提供基于wifi網(wǎng)絡(luò)云服務(wù)數(shù)字化節(jié)能抽油機，可以達到發(fā)揮游梁抽油機的皮實可靠的優(yōu)點，又能達到無游梁抽油機節(jié)能、高效、控制數(shù)字化、管理智能化的優(yōu)點。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案:以游梁式抽油機為載體，在游梁尾部增加一個吊臂，在吊臂上面設(shè)置一個自動調(diào)平衡的移動裝置，采用信息技術(shù)，在電機上嵌入電參數(shù)傳感器，在控制系統(tǒng)中采用集成電路、軟件和相關(guān)信息元器件，集成油井示功圖和電參數(shù)的采集和傳輸，對沖次、平衡等參數(shù)隨工況自動調(diào)節(jié)，并將運行參數(shù)及井場音視頻實時傳輸至wifi網(wǎng)絡(luò)云端服務(wù)器。
[0005]所述自動調(diào)平衡裝置，由機座、伺服電機、聯(lián)軸器、減速機、圓柱形齒輪、齒條、保持架構(gòu)成，在吊臂上平面安裝齒條，伺服電機通過聯(lián)軸器與減速機連接，它們共同安裝在機座上，在減速機兩端輸出軸上安裝圓柱齒輪，此總成與吊臂的齒條相嚙合，在減速機輸出軸上部焊接保持架，以防止運行過程中調(diào)平衡裝置被甩出吊臂。研究與實驗表明，平衡好的比平衡差的抽油機井系統(tǒng)效率能夠提高5% -10%，而且抽油機平衡狀況的好壞直接影響到減速機、電機的輸出扭矩大小和使用壽命以及抽油機運轉(zhuǎn)平穩(wěn)性。當(dāng)驢頭前側(cè)懸點負荷增大時，原有的平衡被破壞，電機在上行程過程中扭矩增大，因電流與扭矩成線性關(guān)系，故電流也增大。電機在下行過程中，扭矩減小，電流也減小，利用電機的電參數(shù)變化可以將其通過控制系統(tǒng)反映出來，當(dāng)平衡度超過設(shè)定的85% -110%范圍時，控制系統(tǒng)便會向伺服電機發(fā)出動作指令，通過移動平衡裝置便可以獲得新的平衡，前側(cè)負荷增加時，伺服電機及減速機及配重機座便向外側(cè)移動，直至達到新的平衡為止。當(dāng)前側(cè)負荷小時，伺服電機及配重便向內(nèi)側(cè)移動，直至達到新的平衡。為此，動態(tài)調(diào)節(jié)平衡可以保證抽油機始終在平衡良好的狀態(tài)下運行，耗能最省。
[0006]所述自動控制系統(tǒng)是將自動平衡、電機控制、工況監(jiān)測集成為一個整體，利用一套控制系統(tǒng)同時實現(xiàn)這三種功能。集成后電機不僅作為一個動力源還作為一個信息源，從電機的運行參數(shù)上獲得所需的信息。平衡不好時，電機在運行過程中上沖程抽油與下沖程吸油，電機的扭矩不同，其電流也有所不同，通過判斷上升與下降時電機的上述參數(shù)即可獲知平衡度如何。運行狀態(tài)和運行方向、上行下行、扭矩、電流、頻率、沖次均可通過電機的運行參數(shù)獲得，無須若干個傳感器。
[0007]所述寬帶wifi網(wǎng)絡(luò)是作為油井監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，采用一臺wifi主站，覆蓋50Km2區(qū)域內(nèi)的所有油井，實現(xiàn)工況參數(shù)音視頻傳輸，利用太陽能與風(fēng)能供電的遠距離wifi網(wǎng)橋，實現(xiàn)無人區(qū)的油井監(jiān)控，監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計采用云端結(jié)構(gòu)，所有的監(jiān)控數(shù)據(jù)均存儲于云端服務(wù)器上，通過web服務(wù)發(fā)布到各終端。
[0008]本發(fā)明的工作原理是:游梁式抽油機是一種變形的四連桿機構(gòu)，其整機結(jié)構(gòu)像一架天平，一端是抽油載荷，另一端是平衡配重。如果抽油載荷和平衡配重形成的扭矩相等或變化一致，那么用很小的動力就可以使抽油機連續(xù)不間斷地工作，也就是說抽油機的節(jié)能技術(shù)取決于平衡的好壞，在平衡度為100%時電動機提供的動力僅用于提起1/2液柱重量和克服摩擦力，平衡率越差，則需要電動機提供的動力越大。因為抽油載荷是每時每刻都在變化的，而平衡配重不可能和抽油載荷作完全一致的變化。只能通過調(diào)節(jié)配重的力臂才能實現(xiàn)平衡。
[0009]本發(fā)明的有益效果是顯而易見的，一是采用動態(tài)調(diào)平衡，可以保證抽油機耗能最省。二是采用電機參數(shù)作為信息源，可以得到大量的油井工況信息。三是把自動調(diào)平衡、電機控制、工況監(jiān)控集成為一個整體，利用一套控制系統(tǒng)同時實現(xiàn)這三種功能，節(jié)約了大量的傳感設(shè)備。四是采用寬帶wifi網(wǎng)絡(luò)作為油井監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，將信息化新技術(shù)引進抽油機【技術(shù)領(lǐng)域】，充分利用了網(wǎng)絡(luò)云服務(wù)的資源，即時傳輸工況參數(shù)和井場音視頻，達到遙控遙測，防盜，安全，大大提高抽油機的技術(shù)水平和競爭能力，節(jié)約維護成本，減輕工人勞動強度，實現(xiàn)了石油工人巡井不用到野外的百年夢想。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]下面結(jié)合附圖和實施例對基于wifi網(wǎng)絡(luò)云服務(wù)數(shù)字化節(jié)能抽油機作進一步的說明:
[0011]圖1是本發(fā)明的總裝圖；
[0012]圖2是動態(tài)調(diào)平衡裝置結(jié)構(gòu)圖；
[0013]圖3是本發(fā)明的工作原理圖；
[0014]圖4是wifi組網(wǎng)示意圖；
[0015]圖5是自動調(diào)平衡控制框圖；
[0016]圖6是集成控制器框圖。
[0017]圖中:1、懸繩器；2、驢頭；3、游梁；4、吊臂；5、移動配重；6、活動配重塊；7、齒條；
8、齒輪；9、移動配重減速機；10、聯(lián)軸器；11、伺服電機；12、機座；13、保持架；14、主電機；
15、集中處理器；16、wifi鏈路；17、wifi主站；18、局域網(wǎng)；19、服務(wù)器;20、終端電腦;21、平衡度需求；22、PI調(diào)節(jié)器；23、平衡調(diào)節(jié)指令；24、平衡調(diào)節(jié)模塊；25、上行電流；26、下行電流；27、電機控制器。
【具體實施方式】:
[0018]根據(jù)圖1實施例:該項目的載體是游梁式抽油機，在游梁3的后端連接吊臂4，在吊臂4的尾部設(shè)置配重筒，筒內(nèi)僻出一個內(nèi)接正方形的空間，空間外填充鐵塊及砼，空間內(nèi)供活動配重塊6增減。調(diào)節(jié)平衡時，分為三個步驟，即粗調(diào)，精調(diào)，微調(diào)，所謂粗調(diào)即根據(jù)懸點負荷初步確定配重的重量，大體接近平衡即可。所謂精調(diào)，即在配重筒內(nèi)裝上若干塊活動鋼板6，是在粗調(diào)的基礎(chǔ)上的調(diào)整。調(diào)整時須停車。所謂微調(diào)，即是將伺服電機、減速機、機座等作為一個移動配重塊，抽油機運行過程中，隨著井下工況如液量、積蠟、沙卡、卡泵等情況發(fā)生時，懸點負荷會發(fā)生變化，這變化如果不大，符合平衡度85-110%時，移動配重基本不動，當(dāng)超出平衡度范圍，主電機扭矩發(fā)生變化，電信號傳到集中處理器后，集中處理器便會向伺服電機11發(fā)出指令，當(dāng)懸點負荷I增大，伺服電機11帶動減速機9通過齒輪8及齒條7使移動配重5向外側(cè)移動。當(dāng)懸點負荷I減小時，移動配重5向內(nèi)側(cè)移動，作配重的動態(tài)微調(diào)。上述微調(diào)裝置是動態(tài)自動控制的，無須停車。其控制框圖如圖5，測量力臂采用位移傳感器或者角度傳感器，通過集中處理器計算出力臂長度，控制系統(tǒng)根據(jù)平衡情況實施配重的調(diào)整?？刂葡到y(tǒng)硬件部分與本項目其他的控制器集成在一起。軟件的控制策略采用PI調(diào)節(jié)器22，將移動配重5逐漸調(diào)整到最終平衡位置。
[0019]圖2實施例中，吊臂4是載體，齒條7固定在吊臂4上，伺服電機11通過聯(lián)軸器10與減速機9連接，它們共同安裝在機座12上，為防止移動配重5在運行中被甩出的危險，用保持架13間隙固定在吊臂4上。
[0020]圖3實施例是工作原理示意圖，已在
【發(fā)明內(nèi)容】
中闡述，這里不再贅述。
[0021]圖4實施例是wifi組網(wǎng)示意圖,本項目采用一臺wifi主站17覆蓋50平方公里區(qū)域范圍內(nèi)的所有油井，基本囊括一個采油廠一個采油區(qū)的所有抽油機，不僅可以無線傳輸工況參數(shù)，而且傳輸音視頻，不僅無網(wǎng)絡(luò)使用費，而且組成的專用網(wǎng)絡(luò)不受公網(wǎng)安全威脅。利用太陽能與風(fēng)能供電的遠距離wifi網(wǎng)橋可實現(xiàn)無人區(qū)的油井監(jiān)控。監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計采用云端架構(gòu)。所有監(jiān)控數(shù)據(jù)均存儲于云端服務(wù)器上，通過Web服務(wù)發(fā)布到各終端。圖中17是主站，16是wifi鏈路，18是局域網(wǎng)，19是服務(wù)器，20是終端電腦。
[0022]圖6是集成控制器框圖，利用一套控制系統(tǒng)同時實現(xiàn)自動調(diào)平衡，電機控制，工況監(jiān)測。它的結(jié)構(gòu)是采用一片主控制芯片為主控芯片，該主控芯片連接到電機逆變器，將電機逆變器的運行參數(shù)讀出，經(jīng)過計算得出工況參數(shù)，如平衡度，運行狀態(tài)和運行方向，上行下行電流，沖次、懸點負荷等。根據(jù)平衡度參數(shù)經(jīng)PI調(diào)節(jié)器22的調(diào)節(jié)，確定平衡配重的力臂，從而得到調(diào)平衡驅(qū)動電機的運行指令，將指令發(fā)送到驅(qū)動電機的控制器上。并且將各工況參數(shù)通過通訊模塊發(fā)送出去。
【權(quán)利要求】
1.一種基于Wifi網(wǎng)絡(luò)云服務(wù)數(shù)字化節(jié)能抽油機，由游梁式抽油機，吊臂，移動配重，主電機及電參數(shù)傳感器，Wifi主站，Wifi鏈路，局域網(wǎng)，服務(wù)器，終端電腦構(gòu)成，其特征是:吊臂安裝在游梁的后端，在吊臂的上平面上安裝自動調(diào)節(jié)移動配重，在主電機上安裝電參數(shù)傳感器，將自動調(diào)平衡、電機控制、工況監(jiān)測集成為集中控制器，并采用Wifi網(wǎng)絡(luò)傳輸將工況參數(shù)和井場音視頻信息發(fā)送到終端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于wifi網(wǎng)絡(luò)云服務(wù)數(shù)字化節(jié)能抽油機，其特征在于:自動移動配重由齒條、齒輪、減速機、聯(lián)軸器、伺服電機、機座保持架構(gòu)成，齒條固定在吊臂上平面上，電機通過聯(lián)軸器與減速機相連接，在減速機兩端輸出軸上安裝齒輪，齒輪再與齒條嚙合，保持架與移動配重間隙配合固定在吊臂上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于wifi網(wǎng)絡(luò)云服務(wù)數(shù)字化節(jié)能抽油機，其特征在于:所述集中控制器是將自動調(diào)平衡、電機控制、監(jiān)測集成為一個整體，利用一套控制系統(tǒng)同時實現(xiàn)三種功能，在電機上嵌入電參數(shù)傳感器，采用一片主控制芯片作為主控芯片，該主控芯片連接到電機逆變器，將電機逆變器的運行參數(shù)讀出，經(jīng)過計算得出各項工況參數(shù)，如平衡度，運行狀態(tài)和運行方向上下行電流、頻率、扭矩、沖次、懸點負荷，根據(jù)平衡度參數(shù)經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)，確定平衡配重的力臂，從而得到驅(qū)動電機的運行指令，將指令發(fā)送到驅(qū)動電機的控制器上，并且將工況參數(shù)通過通訊模塊發(fā)送出去。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于wifi網(wǎng)絡(luò)云服務(wù)數(shù)字化節(jié)能抽油機，其特征在于:所述wifi網(wǎng)絡(luò)云服務(wù)是采用寬帶wifi網(wǎng)絡(luò)作為油井監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，采用一臺wifi主站覆蓋50平方公里區(qū)域范圍內(nèi)的所有油井，實現(xiàn)工況參數(shù)，音視頻傳輸，利用太陽能與風(fēng)能供電的遠距離wifi網(wǎng)橋，實現(xiàn)無人區(qū)的油井監(jiān)控，監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計采用云端架構(gòu)，所有監(jiān)控數(shù)據(jù)均存儲于云端服務(wù)器上，通過web服務(wù)發(fā)布到各終端。
【文檔編號】E21B43/00GK103670341SQ201310587366
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年11月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月15日
【發(fā)明者】廖啟新, 王紅波, 廖大林, 李要民, 董麗麗, 王會萍, 張明忠, 高利兵 申請人:河南信宇石油機械制造股份有限公司