[发明专利]一种游梁式抽油机以及用于该抽油机的节能控制方法

摘要

本发明涉及煤层气开采设备技术领域，尤其涉及一种游梁式抽油机以及用于该抽油机的节能控制方法。该抽油机的电机连接有变频控制机构和间抽控制机构，该抽油机的游梁上安装有变矩平衡机构，变频控制机构用于在电机正常运转时，利用正弦脉宽调制方式对电机的转速进行变频调节；间抽控制机构用于确定间抽预设值，并在抽油泵的效率不超过间抽预设值时，驱动电机切换至间抽运转模式；变矩平衡机构用于分别在电机正常运转或处于间抽运转模式时改变游梁的平衡扭矩，以使游梁处于动态平衡。此外，基于上述的游梁式抽油机提出了用于抽油机的节能控制方法。该抽油机和节能控制方法能够解决现有技术中的游梁式抽油机存在的系统效率低、能耗大的问题。

主权项

1.一种游梁式抽油机，其特征在于，包括：

可摇摆的游梁，一端与电机连接，另一端通过柱塞与抽油泵连接，所述柱塞竖直安装在煤层井内，在所述电机的驱动下，所述游梁通过摇摆带动所述柱塞的抽油杆在煤层井内竖直往复运动，以将所述抽油泵内的液体泵出；

变频控制机构，与所述电机连接，用于在所述电机正常运转时，利用正弦脉宽调制方式对所述电机的转速进行变频调节；

间抽控制机构，与所述电机连接，用于确定间抽预设值，并在所述抽油泵的效率不超过所述间抽预设值时，驱动所述电机切换至间抽运转模式；

变矩平衡机构，安装在游梁上，用于分别在所述电机正常运转或处于间抽运转模式时改变所述游梁的平衡扭矩，以使所述游梁处于动态平衡。

2.根据权利要求1所述的游梁式抽油机，其特征在于，所述变频控制机构包括变频器和电机控制器，所述电机控制器通过变频器与电机连接，所述电机控制器用于利用正弦脉宽调制改变所述变频器的频率，以改变所述电机的冲程、冲次和转速，从而实现对所述电机的转速进行变频调节。

3.根据权利要求2所述的游梁式抽油机，其特征在于，所述电机控制器内嵌有正弦脉宽调制模块，所述正弦脉宽调制模块用于利用正弦脉宽调制方式改变所述变频器的压频比，以改变所述变频器的频率。

4.根据权利要求1所述的游梁式抽油机，其特征在于，所述柱塞包括油管和抽油杆，所述抽油泵内安装有游动阀，所述油管竖直插在所述煤层井内，所述油管的一端通过驱动组件与游梁连接，另一端与所述抽油泵连接，且所述抽油泵通过抽油杆与驱动组件连接，所述抽油杆套装在油管内，并在所述油管内竖直往复运动；在所述抽油杆运动时能带动所述游动阀在抽油泵内竖直往复运动，以将所述抽油泵内的液体泵出。

5.根据权利要求4所述的游梁式抽油机，其特征在于，所述间抽控制机构包括：

间抽判断模块，用于预设所述间抽预设值，并根据所述煤层井中的液体量确定所述抽油泵的效率，比较所述抽油泵的效率与所述间抽预设值之间的大小；

间抽驱动模块，分别与所述间抽点确认模块和电机连接，用于在所述抽油泵的效率不超过所述间抽预设值时，驱动所述电机切换至间抽运转模式。

6.根据权利要求5所述的游梁式抽油机，其特征在于，所述抽油泵的效率E_h满足：

其中：

E_ai为所述抽油泵的有效功耗；

H_i为任一时刻所述煤层井内的液面距离井口的高度；

M_i为任一时刻所述柱塞内的液体总重量；

L_i为任一时刻所述抽油泵的活塞的位移；

E_a0为所述抽油泵的满泵筒程功耗常数；

H₀为所述游动阀位于其冲程的最高位置时，所述抽油泵的活塞距离井口的高度；

M₀为所述游动阀位于其冲程的最高位置时，所述柱塞内充满的液体总重量；

L为所述抽油泵的活塞的总位移；

S为所述抽油泵的内径；

ρ为所述煤层井内液体的密度。

7.根据权利要求1所述的游梁式抽油机，其特征在于，所述变矩平衡机构包括：

平衡车，安装在所述游梁的一端，所述游梁的另一端安装有驴头，所述驴头通过连接杆与柱塞连接，所述平衡车可沿所述游梁的长度方向移动；

载荷传感器，安装在所述连接杆上，用于检测所述驴头上的负重变化，并根据所述驴头上的负重变化，确定所述游梁的平衡扭矩的变化值；

位置传感器，安装在所述游梁上设有平衡车的一端，用于检测并校对所述平衡车的平衡位置；

平衡控制器，分别与所述平衡车、位置传感器和载荷传感器连接，用于根据所述游梁的平衡扭矩的变化值，驱动所述平衡车移动至所述平衡位置，以使所述游梁处于动态平衡。

8.根据权利要求1‑7任一项所述的游梁式抽油机，其特征在于，该游梁式抽油机还包括故障诊断机构，所述故障诊断机构包括：

功效检测模块，与所述抽油泵连接，用于获取所述抽油泵的效率，以形成所述抽油泵的示功图；

故障诊断模块，分别与所述功效检测模块和抽油泵连接，用于根据所述抽油泵的示功图，获取所述抽油泵的实时工况，以判断所述抽油泵的故障。

9.一种用于游梁式抽油机的节能控制方法，其特征在于，是基于如权利要求1‑8任一项所述的游梁式抽油机提出的，该节能控制方法包括：

变频控制环节：在电机正常运转时，通过变频控制机构采用正弦脉宽调制方式对所述电机的转速进行变频调节；

间抽控制环节：通过间抽控制机构确定间抽预设值，并在所述抽油泵的效率不超过所述间抽预设值时，驱动所述电机切换至间抽运转模式；

变矩平衡环节：分别在所述电机正常运转或处于间抽运转模式时，通过变矩平衡机构改变所述游梁的平衡扭矩，以使所述游梁处于动态平衡。

10.根据权利要求9所述的节能控制方法，其特征在于，所述变频控制环节，进一步包括：

通过电机控制器采用正弦脉宽调制方式改变变频器的压频比；

根据改变后的所述变频器的压频比，改变所述变频器的频率，以改变所述电机的冲程、冲次和转速，从而实现对所述电机的转速进行变频调节。

11.根据权利要求9所述的节能控制方法，其特征在于，所述间抽控制环节，进一步包括：

通过间抽判断模块预设所述间抽预设值；

根据所述煤层井中的液体量，通过间抽判断模块确定所述抽油泵的效率；

通过间抽判断模块比较所述抽油泵的效率与所述间抽预设值之间的大小；

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