專(zhuān)利名稱(chēng)：抽油機(jī)多用途能效分析儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
抽油機(jī)多用途能效分析儀技術(shù)領(lǐng)域發(fā)明實(shí)用新型涉及一種用于機(jī)械領(lǐng)域；具體涉及一種抽油機(jī)多用途能效分析儀。
背景技術(shù)：
抽油機(jī)是油田石油開(kāi)采的主要設(shè)備，也是油田主要的電能消耗源之一，在采油成本中，抽油機(jī)電費(fèi)占30%左右。目前，國(guó)內(nèi)使用抽油系統(tǒng)的總效率在一般地區(qū)平均只有 12% 23%，在先進(jìn)地區(qū)至今也不到30%，而國(guó)外先進(jìn)國(guó)家常規(guī)抽油機(jī)的效率可以達(dá)到46%。 造成抽油機(jī)總效率低下與其自身的結(jié)構(gòu)參數(shù)和工作狀況有關(guān)。抽油機(jī)在采油的過(guò)程中，由于啟動(dòng)負(fù)荷大且地下油層出液量也不十分穩(wěn)定，一晝夜的周期內(nèi)液位變化比較大，工作電機(jī)的負(fù)荷是不完全穩(wěn)定的。一般抽油機(jī)啟動(dòng)的位置都是在下沖程頂點(diǎn)位置(常稱(chēng)為下死點(diǎn))，要進(jìn)行啟動(dòng)需要較大的功率，為了生產(chǎn)的順利進(jìn)行，必須按大負(fù)荷狀態(tài)配備電機(jī)。而在正常運(yùn)行時(shí)電機(jī)的負(fù)荷一般只有額定功率的20% 30%，這就導(dǎo)致抽油機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)經(jīng)常處于“大馬拉小車(chē)”的運(yùn)行狀態(tài)，使電機(jī)的工作效率和功率因數(shù)明顯下降。抽油機(jī)在完成一個(gè)抽油周期的過(guò)程中，上沖程和下沖程的負(fù)荷不平衡，并且差別較大，抽油機(jī)的不平衡工作狀態(tài)不僅使得電機(jī)拖動(dòng)功耗大量增加，也使得機(jī)械磨損大大增加，并且當(dāng)不平衡率達(dá)到一定程度時(shí)，電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，還會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生干擾，影響供電質(zhì)量。同時(shí)，不平衡的工作狀態(tài)也使得電機(jī)壽命縮短，性能變差。抽油機(jī)不平衡狀態(tài)可以通過(guò)參數(shù)平衡比大小來(lái)反映， 精確的測(cè)量平衡比是有效調(diào)整抽油機(jī)調(diào)平衡的基礎(chǔ)。因此，實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)平衡比的準(zhǔn)確測(cè)量具有十分重要的意義。發(fā)明內(nèi)容實(shí)用新型的目的是提供一種人機(jī)交互友好，功能完善，易于擴(kuò)展的抽油機(jī)多用途能效分析儀。上述的目的通過(guò)以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種抽油機(jī)多用途能效分析儀，其組成包括殼體，所述的殼體內(nèi)裝有電源電路， 所述的電源電路連接信號(hào)轉(zhuǎn)換及調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集控制電路和數(shù)據(jù)處理及人機(jī)接口電路。所述的抽油機(jī)多用途能效分析儀，所述的殼體具有正面和背面，所述的正面上部具有儀器觸摸屏液晶顯示器，所述的正面上部具有連接儀器電源開(kāi)關(guān)和電源指示燈，所述的背面具有外接儀表接口和電源插口。所述的抽油機(jī)多用途能效分析儀，所述的數(shù)據(jù)處理及人機(jī)接口電路包括芯片，型號(hào)S3C2440，所述的芯片一側(cè)連接數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，所述的芯片一側(cè)連接程序存儲(chǔ)器，所述的芯片上部連接觸摸屏和液晶顯示屏，所述的芯片上部連接以太網(wǎng)接口和數(shù)據(jù)接口。有益效果1.本實(shí)用新型判斷沖程點(diǎn)的方法避免了機(jī)械式拉線(xiàn)測(cè)量方法體積大，機(jī)械部件多的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了沖程點(diǎn)在線(xiàn)確定。平衡比計(jì)算是通過(guò)功率來(lái)進(jìn)行計(jì)算，而功率值的計(jì)算是基于相應(yīng)的電參數(shù)測(cè)量基礎(chǔ)上，因此本儀器對(duì)基本的電參數(shù)具有采集計(jì)算功能，參數(shù)包括電壓、電流計(jì)算，有功功率計(jì)算，視在功率計(jì)算，無(wú)功功率計(jì)算，功率因數(shù)的計(jì)算，同時(shí)具有頻率測(cè)量，諧波分析功能。2.本實(shí)用新型充分利用微電子技術(shù)及嵌入式技術(shù)，采用接口豐富、性能卓越的 ARM架構(gòu)嵌入式處理器，以L(fǎng)inux為操作系統(tǒng)的嵌入式操作平臺(tái)，Qt/E編程實(shí)現(xiàn)用戶(hù)操作界面，具有電壓、電流和頻率數(shù)據(jù)采集功能，能夠?qū)崟r(shí)顯示電機(jī)的有功功率、功率因數(shù)和功率曲線(xiàn)，具有參數(shù)設(shè)定、自校準(zhǔn)功能。儀器基本量的測(cè)量精度高，人機(jī)界面友好，功能完善，易于擴(kuò)展，在油田能耗測(cè)試中有很好的應(yīng)用前景。3.本實(shí)用新型的這種判斷沖程點(diǎn)的方法避免了機(jī)械式拉線(xiàn)測(cè)量方法體積大，機(jī)械部件多的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了沖程點(diǎn)在線(xiàn)確定。平衡比計(jì)算是通過(guò)功率來(lái)進(jìn)行計(jì)算，而功率值的計(jì)算是基于相應(yīng)的電參數(shù)測(cè)量基礎(chǔ)上，因此本儀器對(duì)基本的電參數(shù)具有采集計(jì)算功能，參數(shù)包括電壓、電流計(jì)算，有功功率計(jì)算，視在功率計(jì)算，無(wú)功功率計(jì)算，功率因數(shù)的計(jì)算，同時(shí)具有頻率測(cè)量，諧波分析功能。4.本實(shí)用新型能夠準(zhǔn)確獲得抽油機(jī)上下死點(diǎn)，平衡比測(cè)量準(zhǔn)確與傳統(tǒng)的抽油機(jī)平衡比測(cè)量裝置相比，在抽油機(jī)平衡比0. 5 2范圍內(nèi)，誤差在0. 02以下，能夠滿(mǎn)足平衡比測(cè)量要求。5.本實(shí)用新型儀器基本量的測(cè)量精度在工頻段頻率測(cè)量誤差在0. OOOlHz以下， 直流測(cè)量相對(duì)誤差在0.01%，交流電壓電流測(cè)量誤差在0. 1%以上。6.本實(shí)用新型采用新型技術(shù)方案，人機(jī)交互友好，功能完善，易于擴(kuò)展。本產(chǎn)品將在油田能耗測(cè)試中將有廣闊的應(yīng)用前景。


附圖1是本產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖2是本產(chǎn)品的抽油機(jī)功率曲線(xiàn)圖。附圖3是本產(chǎn)品的抽油機(jī)電機(jī)輸入有功功率與轉(zhuǎn)速關(guān)系圖。附圖4是附圖1中系統(tǒng)硬件層次原理圖。附圖5是附圖1中模擬二階有源低通濾波器電路圖。附圖6是附圖1中信號(hào)單端變差分及濾波電路圖。附圖7是附圖1中CPLD實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集傳輸?shù)腞TL圖。附圖8是附圖1中數(shù)據(jù)處理及人機(jī)接口電路原理框圖。附圖9是附圖1中S3CM40與CPLD接口電路圖。附圖10是附圖1中系統(tǒng)主電源DC-DC變換電路圖。附圖11是附圖1中系統(tǒng)-5V電源產(chǎn)生電路圖。附圖12是附圖1中系統(tǒng)模擬電路電源濾波電路圖。附圖13是附圖1中模擬與數(shù)字電源單點(diǎn)接地圖。附圖14是附圖1的主視圖。附圖15是附圖1的后視圖。根據(jù)電子線(xiàn)路制圖的規(guī)定，相同標(biāo)號(hào)的電路圖之間具有連接關(guān)系。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1 —種抽油機(jī)多用途能效分析儀，其組成包括殼體1，所述的殼體1內(nèi)裝有電源電路2，所述的電源電路2連接信號(hào)轉(zhuǎn)換及調(diào)理電路3、數(shù)據(jù)采集控制電路4和數(shù)據(jù)處理及人機(jī)接口電路5。實(shí)施例2 實(shí)施例1所述的抽油機(jī)多用途能效分析儀，所述的殼體1具有正面和背面，所述的正面上部具有儀器觸摸屏液晶顯示器6，所述的正面上部具有連接儀器電源開(kāi)關(guān)7和電源指示燈8，所述的背面具有外接儀表接口 9和電源插口 10。實(shí)施例3 實(shí)施例1所述的抽油機(jī)多用途能效分析儀，所述的數(shù)據(jù)處理及人機(jī)接口電路包括芯片11，型號(hào)S3C2440，所述的芯片一側(cè)連接數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器12，所述的芯片一側(cè)連接程序存儲(chǔ)器13，所述的芯片上部連接觸摸屏14和液晶顯示屏15，所述的芯片上部連接以太網(wǎng)接口 16 和數(shù)據(jù)接口 17。實(shí)施例4 一種抽油機(jī)多用途能效分析儀的測(cè)量方法，利用平衡比即抽油機(jī)上沖程平均功率與抽油機(jī)電機(jī)下沖程平均功率之比；實(shí)現(xiàn)平衡比的測(cè)量關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)沖程功率的準(zhǔn)確測(cè)量，以及上點(diǎn)和下點(diǎn)位置的正確確定；在下沖程點(diǎn)功率因數(shù)最小，并且功率值也在最小值附近，結(jié)合下沖程近似時(shí)間，可以正確判斷出功率曲線(xiàn)上的下死點(diǎn)的位置；上沖程點(diǎn)的判斷則根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速輸出功率曲線(xiàn)，并利用上沖程距離與下沖程距離相等的條件計(jì)算獲得上沖程點(diǎn)的位置，可以看出抽油機(jī)的輸入功率具有周期性，循環(huán)往復(fù)，曲線(xiàn)的最低點(diǎn)就是下沖程位置，關(guān)鍵是如何確定上沖程在功率圖中所對(duì)應(yīng)的時(shí)間；在抽油機(jī)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中，電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)曲柄運(yùn)動(dòng)，曲柄驅(qū)動(dòng)連桿運(yùn)動(dòng)，而連桿帶動(dòng)游梁以支點(diǎn)為中心轉(zhuǎn)動(dòng)， 游梁繞支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)光桿的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)；很顯然，在某一時(shí)間各運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的位置參數(shù)及運(yùn)動(dòng)參數(shù)是確定的，即電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)與光桿的直線(xiàn)位移存在有嚴(yán)格的單值對(duì)應(yīng)關(guān)系，上沖程和下沖程在速度上也存在有準(zhǔn)確的對(duì)應(yīng)關(guān)系，這種比例關(guān)系通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法的確定；即V=K-Hν——光桿的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)速度η·——電機(jī)轉(zhuǎn)速K——比例系數(shù)在相同時(shí)間內(nèi)光桿的位移和電機(jī)旋轉(zhuǎn)的長(zhǎng)度也存在相同的比例??；通過(guò)對(duì)抽油機(jī)的功率測(cè)量，可以準(zhǔn)確的知道抽油機(jī)一個(gè)沖程用的時(shí)間t，總路程由物理學(xué)速度與位移關(guān)系式S6 = ^v{t)dt = K^ndt通過(guò)電機(jī)轉(zhuǎn)速可以計(jì)算出總路程。實(shí)施例5:實(shí)施例4所述的抽油機(jī)多用途能效分析儀的測(cè)量方法，所述的上沖程點(diǎn)和下沖程
點(diǎn)的計(jì)算方法，根據(jù)％積分方程式求解出一個(gè)沖程的路程，利用上沖程路程與下沖程路程
相等的條件，根據(jù)抽油機(jī)功率曲線(xiàn)，從下沖程時(shí)間點(diǎn)開(kāi)始積分，當(dāng)積分值等于半個(gè)沖程所對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)就為上沖程點(diǎn)，即[0053]
權(quán)利要求1.一種抽油機(jī)多用途能效分析儀，其組成包括殼體，其特征是所述的殼體內(nèi)裝有電源電路，所述的電源電路連接信號(hào)轉(zhuǎn)換及調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集控制電路和數(shù)據(jù)處理及人機(jī)接口電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抽油機(jī)多用途能效分析儀，其特征是所述的殼體具有正面和背面，所述的正面上部具有儀器觸摸屏液晶顯示器，所述的正面上部具有連接儀器電源開(kāi)關(guān)和電源指示燈，所述的背面具有外接儀表接口和電源插口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抽油機(jī)多用途能效分析儀，其特征是所述的數(shù)據(jù)處理及人機(jī)接口電路包括芯片，型號(hào)S3C2440，所述的芯片一側(cè)連接數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，所述的芯片一側(cè)連接程序存儲(chǔ)器，所述的芯片上部連接觸摸屏和液晶顯示屏，所述的芯片上部連接以太網(wǎng)接口和數(shù)據(jù)接口。
專(zhuān)利摘要抽油機(jī)多用途能效分析儀。抽油機(jī)是油田石油開(kāi)采的主要設(shè)備，也是油田主要的電能消耗源之一，在采油成本中，抽油機(jī)電費(fèi)占30%左右。通過(guò)分析調(diào)整，確定最好的能效發(fā)揮效能，是亟待解決的重大問(wèn)題。一種抽油機(jī)多用途能效分析儀，其組成包括殼體(1)，所述的殼體內(nèi)裝有電源電路(2)，所述的電源電路連接信號(hào)轉(zhuǎn)換及調(diào)理電路(3)、數(shù)據(jù)采集控制電路(4)和數(shù)據(jù)處理及人機(jī)接口電路(5)。本實(shí)用新型用于抽油機(jī)能效分析及測(cè)量。
文檔編號(hào)G01R21/00GK202256486SQ20112023269
公開(kāi)日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2011年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月4日
發(fā)明者呂東方, 張立富, 袁峰 申請(qǐng)人:黑龍江大學(xué)