游梁式抽油机自适应速度模型调速方法技术

本发明专利技术所述的游梁式抽油机自适应速度模型调速方法，基于四连杆机构中的曲柄转角建立起悬点运行速度模型，以抽油机的运行参数冲次和转差率为基础，依据“重载慢驱，轻载快行”的原则，提出一种全新的悬点运行自适应速度模型实时调节方法，从而实现根据油井的液面和负荷调整情况，可随时调节抽油机的运行参数冲次和转差率有效地提升抽油机产量与作业效率。在上冲程和下冲程恒速运行的基础上，基于保持抽油机运行冲次m不变的前提下，本申请提出依据转差率确定上冲程的运行频率为f1、下冲程运行频率为f2的差速控制方法，进一步又实现上冲程、下冲程正弦变速自适应运行模型的连续调速方法。

【技术实现步骤摘要】
游梁式抽油机自适应速度模型调速方法
本专利技术提出一种全新的游梁式抽油机自适应速度模型调速方法，属于石化行业，油田生产计算机信息化领域。
技术介绍
目前国内油田勘探施工领域，较普遍地采用游梁式抽油机作为生产设备。现有技术针对悬点运动参数的求解，基本上是通过实测悬点的位置与载荷以揭示机井光杆的悬点载荷与冲程之间的变化关系。如以下在先公开文献，《采油工程文集》第66至72，95页，2018年3月刊，“游梁式抽油机变速运行模式优化”(巩宏亮，大庆油田有限责任公司采油工程研究院)，通过控制电动机转速调节系统的运行状况，基于平衡功率调速以实现重载慢驱、轻载快驱的理念，建立了抽油机变速运行运动学模型和动力学模型；利用非线性耦合方法对系统仿真模型求解。利用电动机变速曲线遵循马鞍形曲线的变速规律，以电动机输出瞬时功率最低为优化目标，对变速运行模式进行优化。上述现有技术虽然提出了理论模型与解决思路，但仍未提供调速控制的精确解过程和用于实际抽油机变频电机的有效控制参数，在解决方法中欠缺真正达到精确分解上下冲程。对于悬点负载与变速变量之间的影响分析还未完成，仍属理论上的推算过程而无实际应用前景。有鉴于此，特提出本专利申请。
技术实现思路
本专利技术所述的游梁式抽油机自适应速度模型调速方法，在于解决现有技术存在的问题而基于四连杆机构中的曲柄转角建立起悬点运行速度模型，据此实现一种全新的悬点运行速度实时自适应速度模型调节方法，从而实现根据负荷调整冲次以减少起停次数，进而提高抽油机的可靠性和适应能力，有效地提升抽油机产量与作业效率。为实现上述设计目的，所述的游梁式抽油机自适应速度模型调速方法，是以曲柄转角为自变量，通过悬点C的速度参数建立悬点运动速度的实时调速模型，实时地调节悬点C的速度。即在上冲程和下冲程恒速运行的基础上，基于保持抽油机的运行冲次m不变的前提，本申请所述游梁式抽油机自适应速度模型调速方法从以下两个设计角度展开：一是，依据转差率上冲程的运行频率为f1、下冲程运行频率为f2的差速控制方法；二是，针对差速控制状态下的上、下冲程工作频率不一致而存在一个阶跃变化的情况，现有技术在切换的过程中会导致运行时间延长，且过程不是平滑过度的问题，本申请提出上冲程、下冲程正弦变速运行模型的调速方法。具体地，以抽油机的运行冲次m确定的抽油机运行频率f，在给定转差率k的情况下，确定上冲程的运行频率f1和下冲程的运行频率f2，进而实现上冲程电机以转速n1运行,下冲程以转速n2运行，并保证抽油机的运行冲次m不变；n1＝ne·f1/50n2＝ne·f2/50上式中，ne为电机的额定转速，单位r/min；抽油机在采用变频控制时，可调频率范围方式下的冲次为m(次/分)，转差率为k(0≤k≤0.5)时，则上冲程的运行频率f1和下冲程的运行频率f2有如下关系，上式中，f是冲次为m时的变频器的运行频率，单位Hz。进一步地，在确定速度变化幅度的情况下，以曲柄转角为自变量，通过悬点C的速度参数建立悬点运动速度的实时调速模型，实时连续无跳变地调节悬点C的速度；上冲程固定运行频率为f1时,自适应正弦调速时模型函数为，改变电机的供电频率来实现差速控制，上述上冲程频率设定符合以下公式，fs1＝fs1min+(fs1max-fs1min)sin(θ)……(0≤θ1＜π)n1＝ψ·fs1(17)其中，fs1为正弦调速时上冲程的运行频率，单位Hz；fs1max为正弦调速时上冲程运行的最大频率，单位Hz；fs1min为正弦调速时上冲程运行的最小频率，单位Hz；θ1为上冲程曲柄以下死点为起点旋转过的角度，单位°；n1为正弦调速时上冲程的运行转数，单位r/min；ψ为比例系数，电机一旦选定为已知数；下冲程固定运行频率为f2时,自适应正弦调速时模型函数为，上述下冲程频率设定符合以下公式，fs2＝fs1min+(fs2max-fs1min)|sin(θ2)|……(π≤θ2＜2π)n2＝ψ·fs2(18)其中，fs2为正弦调速时下冲程的运行频率，单位Hz；fs2max为正弦调速时下冲程运行的最大频率，单位Hz；fs1min为正弦调速时上冲程运行的最小频率，单位Hz；θ2为下冲程曲柄以上死点为起点旋转过的角度，单位°；n2为正弦调速时下冲程的运行转数，单位r/min。如上所述，本申请所述的游梁式抽油机自适应调速方法具有以下优点：1、针对悬点运动速度对抽油机的产能和能耗有较大影响的特点，以曲柄转角为自变量，基于四连杆机构、以悬点速度参数建立起悬点运动速度的实时速度模型调速，即以曲柄转角的变化实时地计算出速度对应的变化，从而实现了一种全新的实时自适应速度模型调速方法。即根据负荷调整冲次，以降低起停次数，可满足高效运行要求，相应地提高了整个系统的可靠性。2、基于抽油机的冲次和转差率，采用变频控制电机，能够实现与抽油机生产参数关联的差速控制，效果优于超高转差率电动机。抽油机冲程冲次时间可动态调整，满足抽油泵最佳泵效控制要求。3、根据现场实际需要确定抽油机变速运行模型和产油能耗比，具有更宽的参数调节范围和更好的稳定性、适应性。满足采油井供液产油动态平衡，保持油井动液面稳定，实现最佳产油量控制。4、上冲程中，在功率不变的情况下，电机转数得以降低，扭矩相应地增大，从而有利于拉动负荷，增大油泵的充油时间和提高采油量；在下冲程中，提高悬点速度以尽量地与阀芯和光杆自由下落速度同步，能够显著地减少电机“倒发电”现象的产生。附图说明图1是游梁式抽油机四连杆机构的工作原理图；图2是基于频率实现差速控制的示意图；图3是上下冲程中正弦变速运行模型图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。实施例1，本申请提出的游梁式抽油机自适应速度模型调速方法，基于如图1所示的四连杆机构运动模型。电动机输出扭矩驱动曲柄旋转，进而带动驴头上下运动的特点。在直角坐标系中，以游梁式抽油机支架轴的中点为零点，建立直角坐标系，水平为X轴，垂直为Y轴，以曲柄转角θ为自变量，从而可建立起悬点实时运动参数模型。在四连杆机构中，O点为游梁式抽油机支架轴的支点，O1点为游梁式抽油机动力输入轴的中点，C点为游梁式抽油机的悬点，B点为游梁式抽油机横梁轴(游梁后臂)的端点，A点为游梁式抽油机曲柄的端点。工作过程是，电动机的动力输入轴通过曲柄将力矩传递到A点，A点绕O1点以半径为R、角速度为ω做圆周运动，A点与B点通过连杆P连接，使B点以半径为M在A点的带动下做圆弧往复运动；C点与B点为同一梁(游梁)的两端，以O点为支点做圆弧往复运动，且C点的运动方向与B点相反。其中，R是曲柄长度(单位：mm)；P是连杆长度(单位：mm)；I为支架轴中点到动力输入轴中点本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种游梁式抽油机自适应速度模型调速方法，其特征在于：以抽油机的运行冲次m确定的抽油机运行频率f，在给定转差率k的情况下，确定上冲程的运行频率f1和下冲程的运行频率f2，进而实现上冲程电机以转速n1运行,下冲程以转速n2运行，并保证抽油机的运行冲次m不变；/nn

【技术特征摘要】
1.一种游梁式抽油机自适应速度模型调速方法，其特征在于：以抽油机的运行冲次m确定的抽油机运行频率f，在给定转差率k的情况下，确定上冲程的运行频率f1和下冲程的运行频率f2，进而实现上冲程电机以转速n1运行,下冲程以转速n2运行，并保证抽油机的运行冲次m不变；
n1＝ne·f1/50
n2＝ne·f2/50
上式中，ne为电机的额定转速，单位r/min；
抽油机在采用变频控制时，可调频率范围方式下的冲次为m(次/分)，转差率为k(0≤k≤0.5)时，则上冲程的运行频率f1和下冲程的运行频率f2有如下关系，






上式中，f是冲次为m时的变频器的运行频率，单位Hz。


2.根据权利要求1所述的游梁式抽油机自适应速度模型调速方法，其特征在于：在确定速度变化幅度的情况下，以曲柄转角为自变量，通过悬点C的速度参数建立悬点运动速度的实时调速模型，实时连续无跳变地调节悬点C的速度；
上冲程固定运行频率为f1时,自适应正弦调速时模型函数为，



改变电机的供电频率来实现差速控制，上述上冲程频率设定符合以下公式，

【专利技术属性】
技术研发人员：杭柏林，陈永江，
申请(专利权)人：青岛江林驱动科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37