[发明专利]一种功率法抽油机平衡分析仪

权利要求书

1.一种功率法抽油机平衡分析仪，其特征在于，包括：

功率采集卡，用于采集抽油机的功率数据；

功率数据存储模块，用于接收和存储所述功率数据；

基础数据存储模块，用于预存抽油机的基础数据；所述基础数据包括：抽油机型号、电动机型号、平衡方式、曲柄长度、平衡块数量、平衡块单重、平衡块重心半径；所述平衡方式为曲柄平衡、游梁平衡或复合平衡；所述平衡块单重是指曲柄单重或游梁单重；所述平衡块重心半径为曲柄长度上的平衡块重心半径或游梁长度上的平衡块重心半径；

数据分析模块，获取所述基础数据和所述功率数据存储模块存储的功率数据，执行功率法平衡分析运算方法计算平衡分析结果，同时执行平衡调整方法计算出平衡调整量，给出平衡调整建议；

显示输出模块，用于输出显示上述平衡分析结果，平衡调整量和平衡调整方向的建议。

2.根据权利要求1所述的一种功率法抽油机平衡分析仪，其特征在于，所述功率法平衡分析运算方法和平衡调整方法以计算机软件程序的形式预先植入所述数据分析模块，由所述数据分析模块运行该软件；所述功率数据存储模块、基础数据存储模块、平衡数据分析模块、显示输出模块封装在一个独立的手持式仪器中；所述功率采集卡则以无线通讯协议连接所述功率数据存储模块。

3.根据权利要求2所述的一种功率法抽油机平衡分析仪，其特征在于，所述功率采集卡连接一次仪表，所述一次仪表用于测量抽油机的电流值和电压值，并根据电流值和电压值的乘积计算功率，得到抽油机一个整周期时间区间内的功率曲线。

4.根据权利要求3所述的一种功率法抽油机平衡分析仪，其特征在于，所述功率采集卡对曲柄旋转一周采集144个功率数据，按照曲柄旋转一周所需时间等时间间隔进行均匀采集。

5.根据权利要求2所述的一种功率法抽油机平衡分析仪，其特征在于，所述数据分析模块根据输出的平衡调整建议进行抽油机的平衡调整，并预测产生新的电压电流值，由所述一次仪表对抽油机的电流电压值进行现场测试，并将测试值发送给所述功率采集卡，所述数据分析模块再次结合基础数据并执行功率法平衡运算分析方法输出平衡分析结果，执行平衡调整方法计算平衡调整量并输出平衡调整建议，直至获得最佳平衡参数。

6.根据权利要求1所述的一种功率法抽油机平衡分析仪，其特征在于，所述功率法平衡分析运算方法，包括如下步骤：

S1:假设一个冲程周期测试记录了N组数据，对于曲柄平衡方式从曲柄位于12点钟位置开始，对于游梁平衡方式从悬点位于下死点开始，前N/2组输入功率值平均就是抽油机上冲程平均功率后N/2组输入功率值平均就是下冲程平均功率

S2:功率平衡度及平衡判别：

功率平衡度为抽油机的上、下冲程平均功率之比，以较大值为分母，用小数表示；

当上、下冲程的平均功率有一项为零或负值时，功率平衡度为零；当功率平衡度小于0.5时，判定抽油机不平衡，需对抽油机进行平衡调整；

或者，步骤S2进行电流平衡度及平衡判别，方法为：

电流平衡度为抽油机的下冲程峰值电流与上冲程峰值电流的比值，用小数表示；

小于0.85表示抽油机处于欠平衡状态，在0.85～1.18之间表示抽油机处于平衡状态，大于1.18表示抽油机处于过平衡状态；

其中，欠平衡和过平衡均属于不平衡状态，均需进行平衡调整。

7.根据权利要求6所述的一种功率法抽油机平衡分析仪，其特征在于，所述计算平衡调整量时，是以由抽油机系统效率测试仪或专业软件按SY/T5044-2003标准中的均方根扭矩最小法则或上下冲程中最大扭矩相等的法则确定。

8.根据权利要求6所述的一种功率法抽油机平衡分析仪，其特征在于，所述计算平衡调整量时，根据所述抽油机的平衡方式不同，计算方法不同；具体地，

(A)当所述抽油机为曲柄平衡时；首先计算新安装平衡抽油机曲柄平衡块的初始安装半径，再计算运行中抽油机曲柄平衡块的安装位置调整量；曲柄平衡块的初始安装半径r按(4)式计算：

式中：W_g表示抽油机井杆柱的重量，kN；

W_l表示活塞上承受液柱的重量，kN；

G表示抽油机的结构不平衡重，kN；

S表示光杆冲程，m；

G_b表示单块曲柄的重量，kN；

r_b表示曲柄重心到减速器输出轴的距离，m；

G_q表示单块曲柄平衡块的重量，kN；

n表示准备安装的曲柄平衡块的数目；

对于运行中的曲柄平衡的抽油机，其曲柄平衡块的安装位置调整量Δr按(8)式计算，Δr的单位是m，Δr为正表示要向外调整，Δr为负表示要向内调整；

式中：表示上冲程电动机平均输出功率，kW；

表示下冲程电动机平均输出功率，kW；

μ_T表示抽油机的机械传动效率；

N_S表示光杆冲次，1/min；

G_q表示单块曲柄平衡块的重量，kN；

n表示准备移动的曲柄平衡块的数目；

如果当前的抽油机没有平衡块，n就是想增加平衡块的数目；

当不知道电机型号或不方便测试电动机的空载功率和定子电阻、因而无法计算电动机的输出功率时，抽油机曲柄平衡块的安装位置调整量Δr按(9)式计算：

式中：表示上冲程电动机平均输入功率，kW；

表示下冲程电动机平均输入功率，kW；

μ_d表示抽油机井的地面效率，按SY/T5266-1996的规定计算；

如果只测试了电力曲线而没有进行系统效率测试，需要进行平衡调整时，的值取0.8～0.9；

(B)当所述抽油机为游梁平衡时，首先计算新安装平衡抽油机游梁平衡块的初始重量，再计算运行中抽油机游梁平衡块的重量调整量；

游梁平衡块的初始重量Gy按(5)式计算：

式中：

Wg表示抽油机井杆柱的重量，kN；

Wl表示活塞上承受液柱的重量，kN；

G表示抽油机的结构不平衡重，kN；

S表示光杆冲程，m；

Gb表示单块曲柄的重量，kN；

rb表示曲柄重心到减速器输出轴的距离，m；

Hy表示游梁平衡块上下移动的高程差，m，按(6)式计算：

式中：Ly表示抽油机平衡臂长度，m；

A表示抽油机前臂长度，m；

S表示光杆冲程，m；

α表示游梁平衡角，即下偏角，rad；

对于运行中的游梁平衡的抽油机，其游梁平衡块的重量调整量ΔG_y按(10)式计算，ΔG_y的单位是kN，ΔG_y为正表示要增加游梁平衡块的重量，ΔG_y为负表示要减少游梁平衡块的重量；

式中：表示上冲程电动机平均输出功率，kW；

表示下冲程电动机平均输出功率，kW；

μ_T表示抽油机的机械传动效率；

N_S表示光杆冲次，1/min；

H_y表示游梁平衡块上下移动的高程差，m；

当不知道电机型号或不方便测试电动机的空载功率和定子电阻、因而无法计算电动机的输出功率时，抽油机游梁平衡块的调整量ΔG_y按(11)式计算：

式中：表示上冲程电动机平均输入功率，kW；

表示下冲程电动机平均输入功率，kW；

μ_d表示抽油机井的地面效率，按SY/T5266-1996的规定计算；如果只测试了电力曲线而没有进行系统效率测试，需要进行平衡调整时，的值取0.8～0.9。

(C)当所述抽油机的平衡方式为曲柄和游梁复合平衡时，首先计算新安装复合平衡抽油机的最大曲柄平衡位置或最大游梁平衡块重量；实际的曲柄平衡块初始安装位置和游梁平衡块初始重量在上述最大值之间选取；再计算运行中复合抽油机的最大曲柄平衡块的安装位置调整量或最大游梁平衡块重量调整量，实际的曲柄平衡块安装位置调整量和游梁平衡块重量调整量，在上述最大值之间选取；

具体地，对于复合平衡的抽油机，其平衡方程如(7)式所示：

2×r×n×G_q+G_y×H_y+4×G_b×r_b＝(W_g+W_l/2+G)×S (7)

按(7)式确定最大的曲柄平衡位置或最大的游梁平衡块重量，实际的曲柄平衡块初始安装位置和游梁平衡块重量在上述最大值之间选取；

对于运行中的复合平衡的抽油机，其平衡方程如(12)式所示：

先按上述(8)式或(9)式确定Δr作为最大的曲柄平衡块的安装位置调整量，再按(10)式或(11)式确定ΔG_y作为最大的游梁平衡块重量调整量；实际的曲柄平衡块安装位置调整量和游梁平衡块重量调整量，在上述最大值之间选取；

其中，先选取游梁平衡调整量，代入(12)式，解出曲柄平衡块的调整量，或者先选取曲柄平衡块的调整量，代入(12)式，解出游梁平衡块的调整量。