[發(fā)明專利]游梁式抽油機(jī)液壓混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及其控制方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510489715.2
• 申請(qǐng)日: 2015-08-11
• 公開（公告）號(hào): CN105064957A
• 公開（公告）日: 2015-11-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王昕;劉昕暉;梁燚杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號(hào): E21B43/00
• 分類號(hào): E21B43/00;F16H47/02;F15B21/08;F15B1/02
• 代理公司: 吉林長春新紀(jì)元專利代理有限責(zé)任公司 22100
• 代理人: 魏征驥

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種油田采油設(shè)備的節(jié)能裝置及控制方法，特別涉及常規(guī)游梁式抽油機(jī)的動(dòng)力單元以及該動(dòng)力單元的液壓系統(tǒng)及控制方法。

背景技術(shù)

目前中國有抽油機(jī)井近10萬臺(tái)，耗電占油田總耗電量的1/3，年耗電100×10⁸kWh左右。而游梁式抽油機(jī)在抽油機(jī)井機(jī)械設(shè)備中占90％，居于主導(dǎo)地位。由于其結(jié)構(gòu)上特點(diǎn)，游梁式抽油機(jī)一直存在“大馬拉小車”、能耗高的缺點(diǎn)。目前游梁式抽油機(jī)普遍采用四連桿機(jī)構(gòu)，隨著負(fù)載不斷變化電動(dòng)機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩波動(dòng)大，負(fù)載率變化大，導(dǎo)致功率因數(shù)和效率偏低。另外，負(fù)載通過電動(dòng)機(jī)反饋回電網(wǎng)的電壓對(duì)電網(wǎng)造成破壞。目前國內(nèi)外減小抽油機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)的負(fù)載波動(dòng)常采用以下幾種方法：(1)基于結(jié)構(gòu)優(yōu)化和復(fù)合平衡的方法：包括游梁下偏復(fù)合平衡、杠鈴復(fù)合平衡、四連桿結(jié)構(gòu)優(yōu)化、電動(dòng)機(jī)匹配優(yōu)化等方法。(2)電動(dòng)機(jī)節(jié)能：采用變頻電動(dòng)機(jī)、改變電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性、提高電動(dòng)機(jī)負(fù)載率和功率因數(shù)等。這些方法雖然具有一定效果，但均無法從根本上解決結(jié)構(gòu)不平衡而導(dǎo)致的電動(dòng)機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩波動(dòng)問題。專利公告號(hào)CN203685785U所述的混合動(dòng)力抽油機(jī)采用了一種單變量式液壓泵驅(qū)動(dòng)的并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)，在一定程度上實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)節(jié)能，但由于變量式液壓泵響應(yīng)速度慢的特點(diǎn)，節(jié)能效果受到了一定的限制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種游梁式抽油機(jī)液壓混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及其控制方法，以解決因電動(dòng)機(jī)負(fù)載率變化大和功率因數(shù)高而導(dǎo)致的高能耗問題，以及抽油機(jī)負(fù)載通過電動(dòng)機(jī)向電網(wǎng)反饋電壓對(duì)電網(wǎng)造成破壞的問題，提供了一種抽油機(jī)負(fù)載較低或反向負(fù)載時(shí)的系統(tǒng)能量并在系統(tǒng)負(fù)載較大時(shí)釋放該能量以聯(lián)合驅(qū)動(dòng)負(fù)載的解決方案。

本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：包括機(jī)械驅(qū)動(dòng)單元、液壓蓄能單元、控制器，所述機(jī)械驅(qū)動(dòng)單元結(jié)構(gòu)是：驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出軸與齒輪泵馬達(dá)組中的I號(hào)齒輪泵馬達(dá)的輸入軸通過聯(lián)軸器剛性連接，其余各齒輪泵馬達(dá)采用通軸連接，其共同輸出軸通過超越離合器與皮帶輪連接；

所述齒輪泵馬達(dá)組共有n個(gè)不同排量的齒輪泵馬達(dá)組成，n為大于2的自然數(shù)，可得到2ⁿ-1級(jí)排量級(jí)數(shù)，不包括零排量，齒輪泵馬達(dá)的排量從小到大排列為q1、q2、q3…..qn，第n個(gè)齒輪泵馬達(dá)的排量與最小排量的數(shù)學(xué)關(guān)系為：qn＝q1×2^n-1；

所述超越離合器采用滾珠式超越離合器和棘輪式超越離合器；

所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)為三相異步交流電動(dòng)機(jī)，其功率與型號(hào)與所采用的游梁式抽油機(jī)匹配；

所述的液壓蓄能單元由油箱、電磁換向閥組、溢流閥、蓄能器組成，其中油箱用于向系統(tǒng)提供液壓油液；

所述電磁換向閥組中采用的換向閥是具有Y型或P型中位機(jī)能的三位四通電磁換向閥；

所述蓄能器的體積是10L-40L；

所述的控制器用于采集信號(hào)，該信號(hào)包括蓄能器壓力信號(hào)、抽油機(jī)曲柄軸轉(zhuǎn)角信號(hào)，輸出控制信號(hào)，該輸出控制信號(hào)為電磁換向閥組的數(shù)字開關(guān)信號(hào)；

所述的游梁式抽油機(jī)液壓混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制方法，包括下列步驟：

(1)信號(hào)檢測：控制器采集蓄能器壓力信號(hào)、抽油機(jī)曲柄軸轉(zhuǎn)角信號(hào)，并存儲(chǔ)至內(nèi)部存儲(chǔ)單元；

(2)工況選擇：根據(jù)所采集的抽油機(jī)曲柄轉(zhuǎn)角信號(hào)，判斷齒輪泵馬達(dá)組是工作于泵工況還是馬達(dá)工況；

(3)齒輪泵馬達(dá)組排量計(jì)算：根據(jù)液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)矩公式：T＝Pq/2π，其中轉(zhuǎn)矩T為負(fù)載轉(zhuǎn)矩與目標(biāo)轉(zhuǎn)矩的差值，P為壓力檢測表13檢測的蓄能器壓力信號(hào)，即可得目標(biāo)排量q，從q1,q2,q3,q1+q2,q1+q3,q2+q3,q1+q2+q3，…q1+q2+q3+…qn中選取最接近q的方案并用于控制電磁換向閥組，由控制器控制電磁換向閥組，實(shí)現(xiàn)對(duì)齒輪泵馬達(dá)組的排量控制。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：

1.本發(fā)明所述的游梁式抽油機(jī)液壓混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可直接提高原驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率因數(shù)，降低電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率，節(jié)約電能。

2.本發(fā)明所述的游梁式抽油機(jī)液壓混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)方便，可以在現(xiàn)有常規(guī)游梁式抽油機(jī)直接安裝，降低成本。

3.本發(fā)明所述的游梁式抽油機(jī)液壓混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及其控制方法采用n個(gè)(n為大于2的自然數(shù))不同排量的齒輪泵馬達(dá)可得到2ⁿ-1級(jí)(不包括零排量)排量級(jí)數(shù)，該種控制方法較現(xiàn)有抽油機(jī)液壓節(jié)能系統(tǒng)具有更快的響應(yīng)速度，能高效地回收系統(tǒng)能量。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所述的該液壓混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的液壓系統(tǒng)圖，圖中是以3個(gè)齒輪泵馬達(dá)為例；