способ диагностирования уравновешенности станков-качалок штанговых насосных установок

Формула изобретения

Способ диагностирования уравновешенности станка-качалки штанговой насосной установки, заключающийся в измерении мгновенных значений тока на входе электродвигателя станка-качалки, отличающийся тем, что дополнительно измеряют мгновенные значения напряжения, определяют активную мощность, выделяют первую а₁ вторую а₂, гармоники мощности, а состояние уравновешенности станка-качалки определяют по условию а₁ < а₂.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области диагностики штанговых насосных установок и может быть использовано для предупреждения аварий при использовании этих установок на нефтедобывающих помыслах.

Станок-качалка является составной частью штанговой насосной установки и при помощи длинной колонны штанг соединяется с плунжером насоса.

Мощность, потребляемая электродвигателем при работе установки, зависит от тангенциальной составляющей усилия, действующего в шатуне станка-качалки вследствие нагрузки на голову балансира. Так как нагрузка при возвратно-поступательном движении плунжера периодически изменяется, то и момент двигателя станка-качалки будет периодически меняться. Такой режим работы установки создает тяжелые условия как для станка-качалки, так и для его электропривода, что сокращает сроки службы оборудования и увеличивает потери электроэнергии.

Для выравнивания момента нагрузки за цикл качания скачок-качалку уравновешивают при помощи противогрузов, размещаемых на кривошипах или на балансире. При этом массу противогрузов и их расположение подбирают так, чтобы обеспечить наиболее равномерное потребление энергии из электросети за цикл работы. При хорошо уравновешенном станке усилия, действующие на балансир при ходе вверх и при ходе вниз, одинаковы. Поэтому в случае уравновешенного станка-качалки как при ходе плунжера вверх, так и при ходе вниз, приводной электродвигатель будет иметь одинаковую нагрузку.

На фиг. 1 показаны графики тока электродвигателей при различных степенях уравновешенности станков-качалок.

Из приведенных кривых видно, что для режима нагрузки двигателя станка-качалки характерно периодическое чередование перегрузок и недогрузок, повторяющихся 12 - 30 раз в минуту. Это соответствует 6 - 15 ходам плунжера скважинного насоса, т.е. кривая изменения нагрузки электродвигателя в течение одного цикла работы установки имеет два максимума и два минимума тока. Максимумы тока соответствуют средним положениям балансира, минимумы - крайним. Максимумы тока могут достигать значений, соответствующих опрокидывающему моменту двигателя, а минимумы соответствуют его холостому ходу. При хорошо уравновешенном станке-качалке максимальные значения полуволн графика нагрузки приводного двигателя примерно одинаковы, а при плохом значительно отличаются друг от друга.

Если уравновешивающий груз недостаточен, то амплитуда при ходе штока вверх растет, а при ходе штока вниз падает. Если же уравновешивающий груз лишний, то изменения амплитуды будут происходить в обратном порядке.

В известном способе определения уравновешенности станка-качалки с помощью ампер-клещей определяют максимальные значения тока, при ходе плунжера штанговой установки вверх 1в и вниз 1н и по выражению



определяют коэффициент неуравновешенности станка-качалки. Станок-качалка считается уравновешенным, если коэффициент разбалансировки не превышает 20%. Недостатком этого метода является значительная инерционность ампер-клещей, что обусловливает погрешность определения параметров уравновешивания. Кроме того, расчет параметров по формулам непосредственно на рабочем месте затруднителен.

Предлагаемый способ диагностирования уравновешенности станка-качалки штанговой насосной установки заключается в измерении мгновенных значений тока на входной шине станка-качели и отличается тем, что дополнительно измеряют мгновенные значения напряжения, определяют активную мощность, выделяют первую а₁ и вторую а₂ гармоники мощности, а состояние уравновешенности станка-качалки определяют по условию

а₁<а.

Предложенный способ отличается высокой достоверностью и простотой реализации.

На фиг. 1 приведены графики тока электродвигателей уравновешенного и неуравновешенного станка-качалок.

На фиг. 2 приведена блок-схема реализации способа.

На фиг. 3 приведена таблица некоторых экспериментальных данных.

Устройство для реализации способа диагностирования уравновешенности станка-качалки включает перемножающий блок 1, блок 2 выделения гармонических составляющих и блок 3 для сравнения гармоник. Все блоки соединены последовательно.

На вход блока 1 поступают мгновенные значения тока и напряжения, снимаемые с входа двигателя станка-качалки. Здесь производится перемножение этих величин и на выходе блока получаются дискретные значения активной мощности электродвигателя штангового насоса. Для удобства дискретность съема информации выбрана t = 0,02 с. Такой выбор объясняется периодом питающего напряжения сети, что удовлетворяет требованиям точности и достоверности снятой информации. Блок 1 может быть реализован программно перемножением предварительно оцифрованных значений тока и напряжения.

В блоке 2 происходит выделение гармонических составляющих а₁ и а₂ мощности из поступающего с блока 1 массива данных. Блок может быть реализован программно путем разложения мощности в ряд Фурье.

Блок 3 осуществляет сравнение полученных амплитуд гармоник а₁ и а₂; на основе этого сравнения выдается сигнал об уравновешенности или неуравновешенности станка-качалки. Блок может быть реализован как программно, так и аппаратно.

На фиг. 3 приведена таблица некоторых экспериментальных данных, полученных при обработке реальных ваттметрограмм.