[发明专利]一种基于电功率和平衡配重的示功图采集装置及方法

权利要求书

1.一种基于电功率和平衡配重的示功图采集装置的采集方法，其特征在于包括以下步骤：

1)由工业计算机通过通讯模块定时发送采集命令至参数采集模块，参数采集模块由待机状态进入采集状态；

2)利用安装在曲柄上的死点识别模块采集曲柄的运动周期，确定曲柄运动的下死点，并对电参数采集模块的采样时间和频率进行控制；

3)当工业计算机接收到电参数采集模块上传的电参数后，首先计算出悬点在一个周期内的位移规律，然后根据电参数和曲柄配重求出悬点载荷，最后将载荷和位移相对应，即能获得示功图；

步骤3)中，计算出悬点在一个周期内的位移规律，包括：

301)收集油井的机械结构数据，包括曲柄半径、连杆长度、游梁后臂长度、游梁前臂长度、基杆长度、结构不平衡重、平衡块重、平衡块重心距离、曲柄重、曲柄重心距离、基杆投影长度；

302)根据抽油机四连杆几何结构，曲柄角位移θ从12点钟位置算起，顺时针为正；曲柄参考角、连接杆参考角、游梁参考角均以OO₁为参考，逆时针方向为正；驴头运动方向垂直向上取为正，通过以下公式计算下述参数：

曲柄参考角：

连接杆参考角：θ₂＝2π-θ+α

其中，R为曲柄半径；P为连杆长度；C为游梁后臂长度；K为基杆长度；I为基杆投影长度；L为曲柄销轴心到游梁支撑中心的距离；β为基杆到曲柄销轴心至游梁支撑中心连线的夹角；χ为曲柄销轴心至游梁支撑中心连线到游梁后臂的夹角；φ为基杆到游梁后臂的夹角；θ为12点钟方向到曲柄半径R的夹角；

通过上述角度，根据游梁前臂长度A和角度θ₄计算出悬点的运动轨迹：

S_c＝Aθ₄

其中S_c为驴头悬点位移，A为游梁前臂长度；

303)通过以下公式计算悬点载荷：

其中T_n为曲柄轴净扭矩，W为悬点载荷，B为结构不平衡重，Q为平衡块重，V为平衡块重心距离，q为曲柄重，r为曲柄重心距离，θ为曲柄转角，为扭矩因数；

在上式中，平衡块重Q、平衡块重心距离V、曲柄重q、曲柄重心距离r和平衡块重心距离V由油井机械参数确定；

304)对电参数采集模块采集到的电参数进行时序的调整，将位移时间与载荷时间对应，以位移为横坐标，以悬点载荷为纵坐标，将载荷样本和位移样本的顺序相对应，完成计算示功图；

基于电功率和平衡配重的示功图采集装置，安装于抽油机控制系统中，包括电参数采集模块、通讯模块、死点识别模块以及工业计算机，其中：

电参数采集模块，通过一次检测元件采集设备的运行电流、电压充及功率；

死点识别模块，测量抽油机曲柄运动中的下死点；

通讯模块，将电参数采集模块、死点识别模块采集到的数据传输至工业计算机，并接收工业计算机的指令传送至工业计算机供电控制模块；

工业计算机，通过通讯模块接收电参数采集模块上传的数据，运行示功图计算算法，输出获得示功图。

2.根据权利要求1所述的基于电功率和平衡配重的示功图采集装置的采集方法，其特征在于步骤2)中对电参数采集模块的采样时间和频率进行控制为：

201)当曲柄第一次旋转到下死点并触发死点识别模块，接近开关发送脉冲信号至电参数采集模块，电参数采集模块开始计时；

202)待曲柄第二次旋转到下死点时，接近开关再次发送一个脉冲信号至电参数采集模块，此时电参数采集模块根据两次脉冲的间隔确定采样时间和采样频率；

203)电参数采集模块根据计算好的采样频率对电参数进行采集，并将采集到一个冲次的电参数存储到电参数采集模块的存储器中。