[发明专利]一种抽油机负载模拟试验装置

说明书

本发明涉及一种抽油机负载模拟试验装置，包括控制系统、负载模拟系统、滑动减振平台以及负载导向机构。所述负载模拟机构由伺服电机和磁粉制动器提供负载，测力传感器反馈调节负载大小。所述减振测力平台上设置有沿固定导杆运动的模具弹簧以及直线滑轨组件，有效降低了设备运行过程中瞬间冲击产生的波动，提高了系统控制负载的精确性和灵敏性。本发明提供了一种以伺服电机的扭矩控制模式配合磁粉制动器的数字化抽油机负载模拟试验装置，可以更精确、方便地来模拟各种抽油工况。

技术领域

本发明涉及一种抽油机负载模拟试验装置，属于机电一体化应用新领域。

背景技术

抽油机是石油开采过程中最重要的机械设备，主要包括游梁式抽油机和塔式抽油机两种类型。游梁式抽油机因其结构简单、使用方便、容易制造成为了目前技术最成熟、使用最广泛的抽油机，但是它存在驴头悬点运动加速度大、平衡效果差、效率低以及长冲程距离有限等显著问题。而塔式抽油机因其结构中的抽油杆和配重之间的平衡，相互不间断地交换存储和释放势能的过程，实现了运动的平衡，能有效解决抽油机械效率低、难以长冲程和高耗能的问题，因此这种类型的抽油机在近十年得到重视，许多单位都投入进行了开发。

然而，目前此领域的现状是许多开发的产品并没有成功，主要原因是在样机开发完后，没有在研究场所进行大量的试验研究，而是马上去油井口进行现场试验，在试验过程中难免会出现在设计时考虑不全的各种问题。但是抽油机油井位于野外，现场环境条件恶劣，发现问题不便于现场采集数据和改良设备，因此需要将设备拆下运回研究场所再做调整，这个过程耗费了大量的时间和人力，增加了不必要的科研成本。

因此，有必要提供一种能够准确模拟抽油机采油过程载荷的模拟试验台，根据试验需要来模拟油井现场的各种载荷工况，在开发过程中可以在实验室进行大量的性能试验，例如型式试验、耐久性试验等，优化抽油机设备的结构和控制程序。

目前，国内关于抽油机负载模拟试验台的设计也有相关的案例。专利号为201521007220.3授权的“抽油机厂内要求试验悬点载荷模拟装置”可以对一定冲程下的多种抽油机进行悬点载荷模拟试验，并可以模拟抽油杆变形，这种模拟抽油杆变形的装置是通过在上横梁与悬绳器中间布置弹簧来实现的，但是这种方法无法模拟不同抽油工况下的抽油杆变形，也无法精确模拟。抽油杆变形是一种常见的现象，反映至悬点就是载荷发生变化，而用伺服电机的扭矩控制模式加上磁粉制动器，可以采用数字化的方式来精确加载，可以更方便地来模拟各种抽油工况，如模拟抽油杆变形产生的力，油泵被石蜡、泥砂卡阻产生的摩擦力等。

专利号为201520676384.9授权的“抽油机悬点载荷模拟装置”提供了一种抽油机悬点载荷模拟装置，通过设置的液压缸配重，并通过液压油阀的启闭给液压缸配重内供应液压油来模拟抽油机工作状态中的负载变化。这种结构存在的弊端是载荷的模拟需要依靠液压缸配重内的液压油量来调节，液压油的泵送和压回需要一定的时间，无法做到快速精确地提供抽油机所需载荷，系统控制的灵敏性不足。而采用伺服电机的扭矩控制模式和磁粉制动器，可以实时精确加载，系统响应迅速，控制灵敏。

专利号为201220332177.8的“数字化抽油机模拟实验台”提供了一种数字化抽油机模拟实验台，包括抽油机本体、用于产生地下载荷的实验台模拟控制系统以及地下载荷执行单元；实验台模拟控制器通过地下载荷执行单元与抽油机本体相连，这项专利只是提供了一种数字化实验台的思路，通过载荷传感器提供反馈，控制器调整电机提供载荷，但这种装置的弊端是连接绳在传递载荷时由于刚度较高，系统的振动所引起的负载波动比较大，载荷传感器无法实时测得准确的载荷大小，实际应用情况下电机控制困难，很容易导致电机超负荷报警停止运行。因此有必要设计一种能有效降低振动的负载模拟试验台，采用伺服电机的扭矩控制模式加载，并加入磁粉制动器提供辅助加载，更精确地提供符合抽油机实际工况的负载。