变频游梁式抽油系统动态仿真与实时频率优化

针对变频控制游梁式抽油系统,考虑了频率实时变化对抽油机运动规律、杆柱纵向振动、悬点载荷、地面装置节点扭矩与功率的影响,建立了变频控制游梁式抽油系统动态参数的仿真模型。对实时频率函数进行傅里叶变换,并以其傅里叶系数为设计变量,以电动机输出功率的均方根值最小为优化设计的目标函数,综合考虑冲次不变、上下冲程时间分配、频率范围等约束条件,建立了实时频率优化设计的数学模型。仿真与优化结果表明：所建立的仿真模型具有较高的仿真精度,能够满足实际应用的要求;优化实时频率可以显著改善抽油机的动力性能,悬点载荷波动幅度降低,曲柄轴最大扭矩与扭矩波动幅度显著下降,电动机输出功率幅值与波动幅度显著下降,降低了系统输入功率,有功节电率为25.8%。     

曲柄轴净扭矩趋近直线形态的抽油机传动机构研究

普通电动机输出扭矩基本恒定,而抽油机曲柄轴净扭矩是交变载荷,两者的载荷特性无法达到"柔性"匹配,导致抽油机运行效率低下、能耗增高。利用游梁结构和导杆机构设计的游梁式六杆机构,实现了曲柄轴净扭矩曲线趋近于直线形态,提高了电动机的功率利用率,实现了抽油机节能降耗。根据设计方案,建立游梁式六杆机构运动和动力学模型,分析影响曲柄轴净扭矩曲线形态的主要因素,并以MATLAB优化工具箱为平台,对设计方案进行全参数优化设计,以实际载荷工况对游梁式六杆机构抽油机节能效果进行对比分析。     

游梁式抽油机抽油杆防偏磨扶正技术的研究

游梁式抽油机的抽油杆柱是有杆抽油系统中的薄弱环节之一。突破原抽油杆扶正技术瓶颈,研究一种新型防偏磨装置,可有效解决长期制约油田生产中井下作业的大工作量和成本投入,意义深远。     

电动潜油旋转式柱塞泵抽油系统设计与性能仿真

设计了一种新型电动潜油旋转式柱塞泵抽油系统。该系统主要由潜油电动机、减速器、螺旋凸轮换向机构与柱塞泵等部件组成,其特点是潜油电动机单向旋转,并带动减速器、螺旋凸轮轴单向旋转,螺旋凸轮轴带动滑块、柱塞上下往复运动,从而达到抽油的目的。建立了该抽油系统柱塞运动规律、柱塞液体载荷、减速器输出轴扭矩与电动机输入功率的仿真模型;建立了换向机构尺寸优化设计模型。仿真结果表明,该抽油系统具有良好的运动与动力性能,具有明显的节电效果。     

游梁式抽油机功率伺服控制系统设计与开发

针对游梁式抽油机周期内负载变化快、功率波动大的问题,为减小能量波动提高电机工作效率,设计开发了基于DSP的游梁式抽油机功率伺服控制系统,通过FFT算法计算电动机的电参数,结合抽油机的位置信息,功率伺服控制算法实时跟踪抽油机负载变化输出控制量控制电动机转速,达到功率平稳输出的效果。结合开发的上位机软件还能实时显示存储抽油机的状态参数。通过实验室及现场测试,该系统能够消除启动过程中的能量冲击,并且能够有效减小抽油机运行时的能量波动,同时还有一定的节能效果,这也有助于减小抽油机机械系统的损耗、降低电动机的装机容量,具有很大的应用价值。     

曲柄导杆式六杆机构抽油机设计计算

普通异步电动机的输出转矩基本恒定不变,而抽油机曲柄轴净转矩确是交变载荷,两者的载荷特性无法达到"和谐"的匹配,直接导致抽油机运行效率低下、能耗增高。利用游梁结构和导杆机构设计的曲柄导杆式六杆机构抽油机,实现了曲柄轴净转矩曲线呈小波动形态变化,大大提高了电动机的负荷率和电动机功率利用率,实现了抽油机节能降耗。根据设计方案,建立了导杆式六杆机构抽油机在复合平衡方式下的运动和动力学模型,并以Matlab优化工具箱为平台,对设计方案进行全参数优化设计,以实际载荷工况对导杆式六杆机构抽油机节能效果进行了对比分析。     

抽油机井杆管偏磨原因分析及治理措施

抽油机在采油过程中发挥着重要的作用，近年来，抽油机的技术水平有所提升，但是抽油机井杆管偏磨的问题仍然比较常见。对此进行分析后，会发现井斜、工作载荷、泵挂深度、抽汲参数、原油物性、含水率升高等原因具有常见性，为此本文作了详细地探究。在此基础上提出了应用抽油杆扶正技术、旋转井口或抽油杆技术、应用加重杆、提高抽汲参数合理性、提高井筒清理水平、及时更换抽油机井杆管等治理抽油机井杆管偏磨问题的措施，希望可以为相关研究人员提供参考。     

一种恒功率节能多速驱动装置的应用

针对游梁式抽油机运转一段时间后出现的空抽油现象,分析了更换8极/10极电动机或改变皮带轮直径来实现低冲次抽油的弊端。以实际生产为依据,给出了一种恒功率节能多速驱动装置,与抽油机减速器配套使用,能根据井况变化进行变换挡位调速抽油,符合现代工业高效抽油的要求,在实际应用中效果良好。     

立式节能抽油机的智能控制系统

为解决我国游梁式抽油机成本高、耗电量大,效率低、调整困难等问题,对比分析了智能控制立式抽油机的优点,将立式抽油机代替游梁式抽油机应用到实际中去。开展了针对立式抽油机的高效率可靠性分析,提出了利用西门子PLC和Micromaster变频器来实现具有自适应变频调速和自动进行故障诊断智能控制系统的方法,该控制系统通过选用西门子PLC作为核心控制器去控制变频器,通过改变电动机的运转频率,实时计算了抽油机应该运行的速度,通过计算上、下冲程的时间,来控制变频器的输出电源的频率和电压。实现了电动机的无级调速控制,并做到了运行转矩的适配。研究结果表明,该节能立式抽油机的智能控制系统具有结构简单、无故障运行寿命长并提供远程监控接口等特点。     

两层分采同步抽油系统故障诊断模型的数值分析法

建立两层分采同步抽油系统的故障诊断模型 ,研究在实心抽油杆与空心抽油杆的界面处空心泵对应力波的影响 ,给出抽油杆柱不同杆段的波动方程的显示差分格式 ,提出一种故障诊断模型的反问题计算法。用此算法可在缺少一个边界条件的情况下求解故障诊断模型 ,获得抽油系统各个工况下抽油杆柱任意截面的受力状态 ,从而绘制出两层分采同步抽油系统的空心泵示功图和管式泵示功图。将此算法与模式识别技术相结合可对两层分采同步抽油系统的故障进行诊断。     

游梁式摇块机构抽油机的运动及动力性能分析

抽油机载荷的波动性是造成电动机效率降低和轴功率过高的最主要原因,也直接导致了抽油机能耗过高。根据游梁结构和摇块机构,设计了新型游梁式摇块机构抽油机的传动机构,使抽油机的载荷曲线呈微小波动形态,提高了电动机效率,降低了电动机的轴功率,实现了抽油机的高效节能。建立了传动机构的运动和动力学数学模型,以MATLAB优化工具箱为平台,对传动机构进行全参数优化设计,并以实际载荷工况对抽油机的性能和节能效果进行了对比分析。     

抽油杆柱有限元模型及其仿真分析

抽油杆柱是有杆抽油设备的重要部件,它将抽油机的动力传递给井下抽油泵。抽油杆柱在工作过程中,受力复杂,条件恶劣。基于抽油杆柱的实际工作状态,分析了抽油杆柱的所受载荷,将细长的抽油杆柱离散成若干个质量、弹簧、阻尼单元,建立了抽油杆的有限元模型。同时通过运用牛顿运动定律,建立了抽油杆柱的振动微分方程,并结合多自由度simulink仿真原理,建立了抽油杆柱的数学仿真模型。利用此模型,通过改变仿真的参数,进行抽油杆柱动态特性的仿真分析,得到了结论：抽油杆柱在液柱重量加载的拉伸过程中没有发生振动。     

基于Pro-Mechanica的四缸车用高速发动机平衡系统优化设计

针时四缸车用高速发动机的平衡问题,建立了平衡系统评价模型。采用Pro-Engineer软件对运动件进行精确建模,采用Pro-Mechanica模块时曲轴、活塞、连杆、双平衡轴组成的运动系统进行精确的运动分析,得出系统惯性力及力矩的平衡情况。应用该评价模型对自主开发的486QE发动机的平衡机构进行了优化设计,快速达到平衡系统的设计目标值。     

摩托车发动机曲轴连杆总成动平衡测试系统

介绍了一种基于Labwindows／CVI虚拟仪器平台的摩托车发动机曲轴连杆总成动平衡测试系统的测量原理和计算方法,详细讨论了动平衡测量的硬件组成和软件设计。该系统能测量曲轴连杆总成的双面动不平衡量、主轴倾角、不平衡率等质量特性参数,具有功能完备、高精度、高效率、人机友好等优点。系统已在生产现场使用,可替代某些进口设备,降低企业费用。     

基于机械臂位姿变换的柔性负载伺服驱动系统控制策略

伺服驱动系统的柔性负载端转动惯量等参数随柔性机械臂位姿变化而变化,进而影响伺服驱动系统电动机输出端转速。为降低电动机输出端速度波动,采用极点配置的方法设计伺服驱动系统转速环PI控制器参数,该参数的选择随柔性机械臂位姿变化而变化,从而使伺服驱动系统在不同位姿下获得良好的动态响应特性,避免机械谐振发生。首先根据连续体振动理论和拉格朗日原理建立了柔性负载伺服驱动系统动力学模型,并通过状态方程求得电动机转速到柔性负载驱动转矩的传递函数。将变参数PI控制策略应用于伺服驱动系统转速环控制中,分析了柔性负载对转速环的控制特性的影响,采用极点配置的方法设计控制器参数。接下来分别采用相同幅值、相同阻尼系数、相同实部3种极点配置策略设计控制器参数。讨论了这3种极点配置策略不同参数对系统谐振峰值、谐振频率和带宽的影响。最后通过数值仿真分析表明:伺服驱动系统等效柔性负载参数与机械臂的位姿有关;柔性负载回转半径、转动惯量较大的情况,不适宜使用相同实部的极点配置方法,但其余两种方法可通过适当选择参数使电动机输出转速波动程度减小。     

Development of a rotary clap mechanism for positive-displacement rotary pumps: Kinematic analysis and working principle

A five-bar spatial mechanism named as a rotary clap mechanism is developed as a pumping device for positive displacement rotary pumps. The mechanism comprises a driving crank, a shaft link with two pins and two gears mounted on the middle and both ends, two rotors with jaws equally spaced along their circumferences, and two fixed internal gears. As the crank rotates, the gear pin-jointed to the crank rotates about the crank pin and at the same time rotates about the center of the fixed internal gears like a hypo-cyclic gear train. The gear-attached shaft link also rotates about the crank pin and about the fixed internal gears at the same time. This motion of the shaft link makes the pins rotate about the center of the fixed internal gears with a periodically varying radius. Therefore, two rotors driven by the pins rotate with different angular velocities. One rotor alternately leads and lags relative to the other rotor. These lead-lag motions between the two jaws of the rotors, which result in suction and discharge required for pumping, resemble hand clapping from which the mechanism was named. Construction and design parameters of the rotary clap mechanism are introduced, and kinematic analysis of this mechanism is performed. The relationships among design parameters, inherent constraints, and effects of design parameters on the displacement of mechanism are also presented.     

基于AMESim的液压卷带机构动态分析研究

为了研究液压卷带机构的动态特性,建立了液压卷带机构理论分析的数学模型,分析了性能参数对系统的影响,指出起动与负载突变时系统的阻尼系数及固有频率相同,其动态特性也一致。以AMESim为建模环境,建立了液压卷带机构的仿真模型,分析了系统起动及负载突变时的转速动态响应,及有效体积弹性模量和马达输出轴等效转动惯量对系统动态特性的影响,绘制了仿真结果图。结果表明在起动及负载突变时该系统响应较快且精确,油液含气量增加导致系统响应变慢、精确性下降,卷带量增加会在一定程度上减缓系统的响应速度。     

基于解决传动系统变速器齿轮敲击的分析方法

建立一汽车传动系统6自由度动力学模型,模型中包括发动机、离合器、变速器与整车,考虑了变速器内承载齿轮副以及非承载齿轮副啮合间隙。以变速器输入轴的角加速度值为评价指标,研究模型参数变化对传动系统扭转振动的影响。利用序列二次规划法对存在非承载齿轮敲击问题的某车辆的飞轮转动惯量和离合器设计参数进行优化。根据优化结果,试制了离合器,并对新旧离合器下传动系统非承载齿轮敲齿的情况进行测试,测试了变速器处的输入轴扭转角加速度、变速器壳体处加速度以及发动机舱变速器侧声压。测试结果表明,增大飞轮侧转动惯量和离合器阻尼转矩、合理地调节离合器刚度可以衰减变速器输入轴角加速度幅值,抑制非承载齿轮副敲击现象。