高转差电机驱动抽油装置的预测技术

以往,对于有杆抽油系统进行动力分析时,常把电机和曲柄转速看作常量来处理,这样对计算高转差电机驱动的有杆抽油系统将会产生较大的误差。为此,文中对高转差电机驱动游梁式抽油机建立了等效力学模型和运动微分方程,对井下杆系建立了波动方程,联立求解,并采用近似求解法解决了抽油杆柱的振动与曲柄运动规律之间相互联系、相互制约的耦合问题。为了验证本文的计算方法及编制抽油机系统性能分析的通用程序DAPPUS的精确度,给出了试验抽油井高转差电机的转速实测与计算结果,以及系统效率实测、预测结果对比,结果表明,相对误差很小。     

电动机转速波动的有杆抽油系统预测技术

当用高转差或超高转差电动机驱动有杆抽油系统时,电动机工作转速存在较大波动.为此,考虑了电动机转速波动,建立了有杆抽油系统动态参数预测模型,即描述曲柄运动规律的动力学微分方程与描述抽油杆柱振动的波动方程.由于动力学微分方程的非线性以及动力学方程波动方程之间的高度耦合,很难直接用差分法求其数值解.文中提出的一种迭代方法很好地解决了这一问题.所编制的软件具有较高的预测精度.     

电动机转速波动的有杆抽油系统预测技术

当用高转差或超高转差电动机驱动有杆抽油系统时，电动机工作转速存在较大波动。为此，考虑了电动机转速波动，建立了有杆抽油系统动态参数预测模型，即描述曲柄运动规律的动力学微分方程与描述抽油杆柱振动的波动方程。由于动力学微分方程的非线性以及动力学方程波动方程之间的高度耦合，很难直接用差分法求其数值解。文中提出的一种迭代方法很好地解决了这一问题。所编制的软件具有较高的预测精度。     

有杆抽油泵机械系统运动方程的数值解法

《石油机械》第18卷第10期,1990,第1～10页,图6,表4 论述了在考虑电动机机械特性、周期交变载荷及系统动力参数等影响下的抽油机真实运动规律的分析计算问题。建立了有杆抽油泵等效动力学模型,列出了运动微分方程式,并采用预测-校正数值法求解。编制了相应的电算程序。算例表明,因曲柄和电动机转速有较大的波动,以曲柄作匀速转动进行的运动分析,有时会产生很大的误差。     

游梁式抽油系统动态参数仿真的综合数学模型

针对目前游梁式抽油系统杆、管、液耦合振动仿真模型未考虑电动机转速波动对系统影响的不足 ,建立了考虑电动机转速波动影响的游梁式抽油系统动态参数仿真数学模型。模型由描述曲柄运动规律的非线性常微分方程和描述杆、管、液耦合振动的偏微分方程组组成。因为两个单元的数学模型是通过一个独立变量相互耦合的 ,因此通过对独立变量迭代计算便可分别对两个单元进行独立的仿真计算。根据独立模块仿真方法建立的游梁式抽油系统动态仿真软件 ,具有仿真计算简单、精度较高等优点     

地面驱动螺杆泵采油系统启动过程动力学研究

综合考虑地面驱动与传动系统的机械特性、杆柱扭转振动、杆柱所受的液体阻尼与负载扭矩,建立了地面驱动螺杆泵采油系统动力学分析的数学模型,该数学模型由描述转盘旋转的动力学常微分方程与描述杆柱扭转振动的波动方程组成,既可以分析螺杆泵采油系统启动过程的动力学特性,也可以分析其停车过程的动力学特性。建立了一种独立模块仿真算法,求解转盘旋转动力学常微分方程组与杆柱扭转振动波动方程所组成的耦合数学模型。开发了地面驱动螺杆泵采油系统动态参数的计算机仿真软件。仿真计算结果表明,对于机械特性较硬的Y系列电动机所驱动的螺杆泵采油系统,电动机在较短时间内就能达到其稳定工作转速,驱动头处有较大的动载扭矩,动载系数随工作转速的增加而增加。当工作转速增加至300r/min时,动载系数达1.3,在对采油杆柱进行强度计算时,有必要考虑动载系数的影响。     

宽带长冲程抽油机的运动和动力分析

根据机械系统动力学原理，建立了宽带长冲程抽油机系统运动微分方程和动力学方程。采用几何法分段求解动力学微分方程组，由编制的相应计算机程序确定出抽油机在一周期内的运动参数与动力参数变化规律，为合理选择电动机、设计机械换向装置及平衡重缓冲装置提供了理论依据。     

判断抽油机平衡状况的新方法

选择较好的判断抽油机平衡状况的方法,是提高抽油机效率,降低能耗的重要途径。文中给出了判断抽油机平衡状况的两种新方法:(1)改进的扭矩系数法,(2)电动机转速曲线法。第一种方法采用数字化仪,将示功图数字化,解决了以往因用手工将实测示功图数字化而带来的时间长、易出错的问题。作者根据该方法,推出了已知光杆位置计算扭矩系数的新公式。第二种方法采用实测电动机转速确定曲柄轴的扭矩,来判断抽油机的平衡状况。该方法比较适合于装有超高转差率电动机的抽油机。文中给出了已知电动机转速计算曲柄轴扭矩的新公式。     

抽油机曲柄平衡可视化系统

依据曲柄轴扭矩与曲柄半径间的关系,采用优化曲柄半径来调节曲柄轴净扭矩的方法,使曲柄轴均方根扭矩最小,提高了抽油机的工作效率。建立了曲柄平衡可视化软件,指导抽油工人调节抽油机的平衡工作。系统采用Visual C++6.0设计编程,Microsoft Access进行油井基本信息数据库的处理,输入参数可计算出最优半径、曲柄移动距离和曲柄均方根扭矩,并给出曲柄运动时的动态显示,通过它可判定电动机当前是否工作在正常区,并给出可供选择的电动机参数。     

游梁式抽油机运动参数的精确解

根据游梁式抽油机四连杆机构的几何关系和运动特点,建立了游梁的摆动方程,并由该方程得出了游梁摆角变化规律以及悬点运动的位移、速度和加速度的计算公式,从而给出了求游梁式抽油机悬点运动参数精确解的一种计算方法.以CYJ10-3-37HB型抽油机为例,计算了其悬点运动参数,并给出了与简化为简谐运动和曲柄滑块机构运动的对比曲线;分析表明,悬点的上、下死点位置不是常规认为的180°和360°(或0°)曲柄转角,因而按常规计算时悬点位移将出现负值.为此,给出了确定悬点运动死点位置的方法,并计算出CYJ10-3-37HB型抽油机在给定条件下的上、下死点位置为178°7'3"和358°2'37"曲柄转角.该方法既适用于曲柄任意方向旋转的游梁式抽油机,也适用于前置式抽油机,同时还可供研究其它类型抽油机运动规律时参考.     

W型曳引抽油机技术研究及现场应用

W型曳引抽油机以机架为载体,采用外转子稀土永磁同步电机为动力,由变频控制器提供变频后的低频电流供给外转子稀土永磁同步电机,使电机在超低转速下输出大扭矩。通过改变电流的频率可以改变电机的转速;改变电流的方向可以改变电机的转向。电机直接驱动安装在两侧的曳引轮,依靠正压力和摩擦力带动钢丝绳及动滑轮悬点载荷和配重作往复运动,进而带动抽油杆和抽油泵采油。通过多个油田试用,该机具有节能、减排、增效、控制自动化等显著技术特性,是近年来研发出来的较理想的新一代无游梁式抽油机。     

关于无游梁增距式抽油机结构的设想

设想的无游梁增距式抽油机的结构由一绳轮机构和曲柄滑块机构串联而成。给出了这种抽油机的结构简图及传动原理,阐述了运动规律和确定尺度参数的方法,通过计算实例和与常规抽油机的对比,认为这种抽油机具有冲程大、冲次低、波动系数小、所需电动机功率小和光杆最大加速度小等优点。     

液压游梁式抽油机运动特性分析

液压游梁式抽油机是结合液压抽油机与常规游梁式抽油机优点而研制的一种新型抽油机。根据液压游梁式抽油机的工作特点 ,建立了其机构模型 ,给出了悬点位移、速度、加速度的计算公式 ,可以作为改善抽油机运动特性和优化设计抽油机机构的理论依据。对液压游梁式抽油机的运动特性进行了分析 ,结果表明 ,液压游梁式抽油机悬点运动速度近似为匀速直线运动 ,有效地减小了悬点的动载荷 ,可满足采油工艺对有杆抽油设备提出的长冲程、低冲次、大泵深抽等要求     

游梁式抽油机节能新技术探讨

针对游梁式抽油机能耗大,工作效率低的问题,提出游梁式抽油机节能的新方法,即在采用优化抽油机结构的基础上,通过改变电动机的工作特性和增加抽油机转动惯量的办法降低抽油机周期载荷系数。指出影响使用高转差率电动机的游梁式抽油机节能的主要因素是抽油机的冲次、电动机转差率和旋转件的转动惯量。采用高转差率电动机,并增加旋转件的转动惯量,是综合提高游梁式抽油机节能效果的有效途径。     

电动机直驱抽油机的研制及试验

为提高抽油机系统效率,节约电能,满足油田新的开采需求,研制了电动机直驱抽油机。该抽油机将永磁同步电动机悬挂式安装,电动机输出轴与天轮总成轴通过花键联轴器直接连接,省去了减速器和换向机构;特殊胶带绕过天轮总成和导轮总成,一端连接悬挂器,另一端连接配重箱。永磁同步电动机在通入低频电流后,转子做低速正、反转运动,直接通过特殊胶带带动抽油杆做往复直线运动,举升井内液体。现场试验结果表明,电动机直驱抽油机启动电流小,冲程冲次无级可调,有助于提高泵效,比常规游梁式抽油机节电20%左右。