專利名稱：一種用于抽油機工作效率及平衡度分析的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于抽油機工作效率及平衡度分析的裝置，屬于抽油機的工作分析和數(shù)字化油田的現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集及分析技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
對抽油機進行工作效率及運行的平衡度分析是一項具有重大節(jié)能意義的檢測技術(shù)，由于抽油機機械結(jié)構(gòu)的不停磨損及井下工況的隨時變化，抽油機的工作效率隨著運行時間的推移會逐步降低，從而增加了抽油機的能耗。如果能夠?qū)崿F(xiàn)精確的檢測，再根據(jù)檢測結(jié)果對抽油機進行平衡調(diào)整，可使抽油機的效率(或平衡度)恢復(fù)到80%以上，折算到電能方面，新調(diào)整的抽油機節(jié)能8%以上。由此，這種抽油機工作效率及平衡度分析儀器是一種經(jīng)常使用的常備測量設(shè)備。目前國內(nèi)外已經(jīng)有一些現(xiàn)有的技術(shù)和成型產(chǎn)品面市，但在檢測原理、安裝工藝和技術(shù)指標(biāo)上還存在很大的缺陷，具體表現(xiàn)在以下幾個方面1、不能進行扭矩測量現(xiàn)有產(chǎn)品通常只是通過電量測量進行抽油機工作效率分析，這種分析技術(shù)只能得出定性結(jié)論，不能給出精確的平衡度調(diào)整方案。雖然部分現(xiàn)行儀器也可以給出調(diào)整方案，但由于測量原理的限制，注定了所給出的調(diào)整方案也是不精確的。從理論上看，抽油機的工作效率及平衡度是要通過測量機械參數(shù)進行分析的，例如，測量抽油機的懸點載荷，但這種測量方法必須發(fā)動抽油機的機械結(jié)構(gòu)，要在適當(dāng)?shù)奈恢眉友b力傳感器，這就使得這種方法在現(xiàn)場應(yīng)用中受到了極大的限制。采用不改動抽油機機械結(jié)構(gòu)的方法測量抽油機的工作效率及平衡度，是抽油機節(jié)能技術(shù)的發(fā)展方向，測量抽油機機械輸出扭矩是一個全新的技術(shù)方法。目前所有的現(xiàn)行相關(guān)儀器不具備測量扭矩的功能。2、不能測量抽油機止點進行抽油機工作效率及平衡度分析測量時，需要在抽油機的單個沖程內(nèi)完成，故而，判斷沖程的起始點及終止點是十分重要的?，F(xiàn)行儀器是通過電機電流的變化間接判斷出沖程止點，但由于抽油機存在曲柄偏角，所以根據(jù)電流變化判斷沖程止點是很不精確的。3、不能無線傳輸測量數(shù)據(jù)現(xiàn)行儀器都采用了現(xiàn)場操作方式，在溫度很低冬季環(huán)境下操作儀器，不僅對儀器的溫度特性是一個考驗，而且不利于操作者的操作。本發(fā)明采用了無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，儀器安裝在抽油機現(xiàn)場，主控計算機可以放置在100米范圍內(nèi)的任意場合，例如儀表車，這就使得設(shè)備的工作環(huán)境得到了極大的改善。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有抽油機進行工作效率及運行的平衡度分析技術(shù)中存在的不能進行扭矩測量、不能測量抽油機止點以及不能無線傳輸測量數(shù)據(jù)的問題，進而提供一種在扭矩測量、數(shù)據(jù)傳輸方式等方面進行了原理變更和工藝變更，從而實現(xiàn)了抽油機工作效率及平衡度分析的裝置。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種用于抽油機工作效率及平衡度分析的裝置，包括轉(zhuǎn)速測量單元，用于檢測抽油機的輸出轉(zhuǎn)速，并將轉(zhuǎn)速檢測結(jié)果輸出給數(shù)據(jù)處理單元；電量采集單元，用于采集抽油機的電量參數(shù)，并將電量采集結(jié)果發(fā)送給數(shù)據(jù)處理單元；止點檢測單元，用于檢測抽油機的沖程起止點，并將起止檢測結(jié)果發(fā)送給數(shù)據(jù)處理單元；數(shù)據(jù)處理單元，用于將所述轉(zhuǎn)速檢測結(jié)果、電量采集結(jié)果以及起止檢測結(jié)果進行混合運算，并將運算結(jié)果發(fā)送給主控計算機。 本發(fā)明由于采用了電量、轉(zhuǎn)速和扭矩等綜合工況數(shù)據(jù)的采集模式，可以更精準測量抽油機的工作狀態(tài)，能夠同時給出抽油機電壓、電流、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數(shù)、諧波參數(shù)、正負扭矩的測量結(jié)果，并給提交抽油機平衡度數(shù)據(jù)和調(diào)整方案；此外，由于發(fā)明了止點檢測裝置，可以使儀器脫離人工控制，實現(xiàn)自動檢測；由于采用了無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，使得操作環(huán)境更加舒適，并提高了儀器的技術(shù)含量。

圖1是本發(fā)明實施方式提供的用于抽油機工作效率及平衡度分析的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明實施方式提供的轉(zhuǎn)速測量電路原理示意圖；圖3是本發(fā)明實施方式提供的電量運算單元電路原理示意圖；圖4是本發(fā)明實施方式提供的數(shù)據(jù)運算單元處理流程示意圖；圖5是本發(fā)明實施方式提供的無線數(shù)據(jù)傳輸電路原理圖。
具體實施方式
下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細說明本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述實施例。如圖1所示，本實施例所涉及的一種用于抽油機工作效率及平衡度分析的裝置， 包括轉(zhuǎn)速測量單元1，用于檢測抽油機的輸出轉(zhuǎn)速，并將轉(zhuǎn)速檢測結(jié)果輸出給數(shù)據(jù)處理單元4 ；電量采集單元2，用于采集抽油機的電量參數(shù)，并將電量采集結(jié)果發(fā)送給數(shù)據(jù)處理單元4 ；止點檢測單元3，用于檢測抽油機的沖程起止點，并將起止檢測結(jié)果發(fā)送給數(shù)據(jù)處理單元4 ；數(shù)據(jù)處理單元4，用于將所述轉(zhuǎn)速檢測結(jié)果、電量采集結(jié)果以及起止檢測結(jié)果進行混合運算，并將運算結(jié)果發(fā)送給主控計算機。其中，轉(zhuǎn)速測量單元1包括光電編碼盤、光電傳感器和探頭支架，所述光電編碼盤通過在一個直徑為15CM的圓盤上刻制黑白相間的64輻射條制成，所述光電傳感器為反射式紅外光電傳感，所述探頭支架為可進行伸縮調(diào)整且探頭前端可進行上下及左右的自由調(diào)整的探頭支架。電量采集單元2的電流探頭為鉗型，電壓探頭為吸附式結(jié)構(gòu)。止點檢測單元3包括磁鋼圓片和接近式傳感器，所述磁鋼圓片標(biāo)識了 NS極，所述接近式傳感器為雙芯片差動式磁敏檢測。數(shù)據(jù)處理單元4包括數(shù)據(jù)運算子單元和無線數(shù)據(jù)傳輸子單元，數(shù)據(jù)運算子單元用于收集轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)、止點信號和電量數(shù)據(jù)以及止點信號控制數(shù)據(jù)采集過程的啟動和停止，并計算出扭矩、電機電流、電壓、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數(shù)、諧波參數(shù)，通過無線數(shù)據(jù)傳輸子單元將混合數(shù)據(jù)發(fā)送到主控計算機。圖2所示為轉(zhuǎn)速測量單元1的電氣原理圖，來自光電傳感器的轉(zhuǎn)速脈沖先經(jīng)過整形電路進行預(yù)處理，然后通過EMP7U8芯片換算成轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)。圖3所示為電量采集單元2中電量運算子單元的電氣原理圖，來自電量采集單元 2的抽油機電流電壓信號進入電量運算子單元，經(jīng)AD轉(zhuǎn)換后形成電量數(shù)據(jù)。圖4所示為數(shù)據(jù)運算單元4的處理流程示意圖，相應(yīng)的數(shù)據(jù)運算單元4由 STM32F107芯片構(gòu)成，該芯片內(nèi)嵌各種數(shù)據(jù)處理程序模塊，其具體處理流程為所輸入的電量數(shù)據(jù)通過電流模塊處理成抽油機電流數(shù)據(jù)；通過電壓模塊處理成抽油機電壓數(shù)據(jù)；通過功率模塊處理成抽油機有功功率、無功功率、視在功率等功率數(shù)據(jù)；通過功率因數(shù)模塊處理成抽油機功率因數(shù)數(shù)據(jù)；通過諧波參數(shù)模塊處理成抽油機諧波參數(shù)數(shù)據(jù)；轉(zhuǎn)速模塊讀取來自轉(zhuǎn)速測量裝置的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)。上述數(shù)據(jù)中，轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)、電流數(shù)據(jù)、電壓數(shù)據(jù)進入扭矩模塊，形成抽油機扭矩數(shù)據(jù)， 止點信號是該模塊的控制信號；功率數(shù)據(jù)、功率因數(shù)數(shù)據(jù)、諧波參數(shù)數(shù)據(jù)、扭矩數(shù)據(jù)、轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)進入通訊協(xié)議模塊，由該模塊控制無線數(shù)據(jù)傳輸裝置向主控計算機發(fā)送上述混合數(shù)據(jù)。圖5所述為無線數(shù)據(jù)傳輸子單元的電氣原理圖，來自數(shù)據(jù)運算子單元的混合數(shù)據(jù)通過串口連接SZ05-STD芯片，該芯片采用標(biāo)準的ZIGBEE協(xié)議將這些數(shù)據(jù)通過發(fā)送天線發(fā)送到主控計算機接收單元。主控計算機的接收單元采用了配對的SZ05-STD芯片，該芯片將接收數(shù)據(jù)通過 TTL232USB芯片轉(zhuǎn)換成USB接口，進入主控計算機。在數(shù)據(jù)運算子單元中，扭矩計算方法如下所示電機輸出扭矩可由如下公式進行換算T = 9549Ρ/Π ；T為扭矩，單位為N · M ;P為電機功率，單位為KW ；η為電機轉(zhuǎn)速，單
位為轉(zhuǎn)/分鐘。根據(jù)上述公式，可采用同時讀取電機轉(zhuǎn)速、電機電流(有效值)、線電壓(有效值)，然后按照 T= (9549X1. 732XIXUXcos<ji)/(1000n) = 16. 54IU cos<ji/n 進行計算， 其中COSCt為電機功率因數(shù)。扭矩方向的測量原理為電機的電流和轉(zhuǎn)速在正負扭矩的情況下會有顯著的不同。扭矩的方向就依據(jù)電機的電流和轉(zhuǎn)速進行綜合判斷。經(jīng)驗顯示，當(dāng)電機輸出正扭矩時， 電機電流應(yīng)當(dāng)加大，且轉(zhuǎn)速降低；當(dāng)電機輸出負扭矩時，上述情況會反轉(zhuǎn)。本具體實施方式
由于采用了電量、轉(zhuǎn)速和扭矩等綜合工況數(shù)據(jù)的采集模式，可以更精準測量抽油機的工作狀態(tài)，能夠同時給出抽油機電壓、電流、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數(shù)、諧波參數(shù)、正負扭矩的測量結(jié)果，并給提交抽油機平衡度數(shù)據(jù)和調(diào)整方案；此外，由于發(fā)明了止點檢測裝置，可以使儀器脫離人工控制，實現(xiàn)自動檢測；由于采用了無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，使得操作環(huán)境更加舒適，并提高了儀器的技術(shù)含量。 以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，這些具體實施方式
都是基于本發(fā)明整體構(gòu)思下的不同實現(xiàn)方式，而且本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護范圍為準。
權(quán)利要求1.一種用于抽油機工作效率及平衡度分析的裝置，其特征在于，包括轉(zhuǎn)速測量單元，用于檢測抽油機的輸出轉(zhuǎn)速，并將轉(zhuǎn)速檢測結(jié)果輸出給數(shù)據(jù)處理單元；電量采集單元，用于采集抽油機的電量參數(shù)，并將電量采集結(jié)果發(fā)送給數(shù)據(jù)處理單元；止點檢測單元，用于檢測抽油機的沖程起止點，并將起止檢測結(jié)果發(fā)送給數(shù)據(jù)處理單元；數(shù)據(jù)處理單元，用于將所述轉(zhuǎn)速檢測結(jié)果、電量采集結(jié)果以及起止檢測結(jié)果進行混合運算，并將運算結(jié)果發(fā)送給主控計算機。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于抽油機工作效率及平衡度分析的裝置，其特征在于，所述轉(zhuǎn)速測量單元包括光電編碼盤、光電傳感器和探頭支架，所述光電編碼盤通過在一個直徑為15CM的圓盤上刻制黑白相間的64輻射條制成，所述光電傳感器為反射式紅外光電傳感，所述探頭支架為可進行伸縮調(diào)整且探頭前端可進行上下及左右的自由調(diào)整的探頭支^K O
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于抽油機工作效率及平衡度分析的裝置，其特征在于，所述電量采集單元的電流探頭為鉗型，電壓探頭為吸附式結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于抽油機工作效率及平衡度分析的裝置，其特征在于，所述止點檢測單元包括磁鋼圓片和接近式傳感器，所述磁鋼圓片標(biāo)識了 NS極，所述接近式傳感器為雙芯片差動式磁敏檢測。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于抽油機工作效率及平衡度分析的裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理單元包括數(shù)據(jù)運算子單元和無線數(shù)據(jù)傳輸子單元，數(shù)據(jù)運算子單元用于收集轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)、止點信號和電量數(shù)據(jù)以及止點信號控制數(shù)據(jù)采集過程的啟動和停止，并計算出扭矩、電機電流、電壓、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數(shù)、諧波參數(shù)，通過無線數(shù)據(jù)傳輸子單元將混合數(shù)據(jù)發(fā)送到主控計算機。
專利摘要本實用新型提供了一種用于抽油機工作效率及平衡度分析的裝置，相應(yīng)的裝置包括轉(zhuǎn)速測量單元，用于檢測抽油機的輸出轉(zhuǎn)速，并將轉(zhuǎn)速檢測結(jié)果輸出給數(shù)據(jù)處理單元；電量采集單元，用于采集抽油機的電量參數(shù)，并將電量采集結(jié)果發(fā)送給數(shù)據(jù)處理單元；止點檢測單元，用于檢測抽油機的沖程起止點，并將起止檢測結(jié)果發(fā)送給數(shù)據(jù)處理單元；數(shù)據(jù)處理單元，用于將所述轉(zhuǎn)速檢測結(jié)果、電量采集結(jié)果以及起止檢測結(jié)果進行混合運算，并將運算結(jié)果發(fā)送給主控計算機。本實用新型可以更精準測量抽油機的工作狀態(tài)，能夠同時給出抽油機電壓、電流、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數(shù)、諧波參數(shù)、正負扭矩的測量結(jié)果，并給提交抽油機平衡度數(shù)據(jù)和調(diào)整方案。
文檔編號G01L3/00GK202305686SQ20112029605
公開日2012年7月4日 申請日期2011年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月16日
發(fā)明者侯兆鋒, 彭鵬, 徐金超, 梁宇寧, 王兆春, 董長義, 韓修廷, 馬志恒 申請人:大慶恒通電子有限公司