基於加速度測量的遊梁式抽油機光杆位移傳感器及方法與流程

2023-09-15 06:48:50 5

本發明涉及一種位移傳感器，具體涉及一種基於加速度測量的遊梁式抽油機光杆位移傳感器及方法。

背景技術：

遊梁式抽油機在我國油田應用廣泛，抽油機光杆位移是分析、診斷抽油機井工作狀態的重要參數，測量抽油機光杆位移是抽油井日常管理工作的一個重要組成部分。目前，光杆位移測量普遍採用拉線式傳感器，信號採用電纜傳輸，檢測傳感器的引線隨光杆運動。這種測量方法原理簡單，精度較高，缺點是位移傳感器安裝後易受破壞；信號傳輸線由於風颳、作業等原因易造成纏繞、扯斷。上述因素造成拉線式傳感器檢測現場維護工作量較大，使用不方便，難以實現長期的在線測量。另外由於抽油機工作現場禁止明火，要求傳感器在安裝過程中不能採用現場鑽孔等方式來固定傳感器。

技術實現要素：

為了克服上述現有技術存在的問題，本發明的目的是提供一種基於加速度測量的遊梁式抽油機光杆位移傳感器，傳感器安裝在抽油機遊梁上的適當位置，基於加速度測量的方法通過直接測量加速度間接計算得到遊梁繞其轉動軸轉動的角位移，再結合遊梁的結構參數可以計算得到抽油機光杆的位移，傳感器的安裝基於磁鐵吸附的原理使傳感器固定在遊梁上並緊隨著遊梁轉動。

為了達到以上目的，本發明採用如下技術方案：

一種基於加速度測量的遊梁式抽油機光杆位移傳感器，包括空心外殼1，粘結在外殼1內底面的第一x方向加速度計2，與所述第一x方向加速度計2粘結在所述外殼1內底面同一點的第一y方向加速度計3，粘結在外殼1內底面的第二x方向加速度計4，與所述第二x方向加速度計4粘結在所述外殼1內底面同一點的第二y方向加速度計5，和粘結在外殼1的四周及底部外表面的磁鐵6。

若以空心外殼1的左下角為坐標原點，所述第二x方向加速度計4和第二y方向加速度計5的粘結點的x、y坐標值要分別大於所述第一x方向加速度計2和第一y方向加速度計3的粘結點的x、y坐標值；所述磁鐵6使所述傳感器在所述傳感器的x,y和z方向分別吸附固定在抽油機遊梁上。

上述基於加速度測量的遊梁式抽油機光杆位移傳感器的位移測量方法，所述第一x方向加速度計2、第一y方向加速度計3、第二x方向加速度計4和第二y方向加速度計5用於測量遊梁式抽油機的光杆位移，通過上述加速度計的測量結果可以直接計算得到遊梁轉動的角速度ω的大小和方向，對角速度ω積分可以得到角位移，再結合抽油機遊梁自身的結構參數就可以計算得到抽油機光杆位移。

所述基於加速度測量的遊梁式抽油機光杆位移傳感器通過所述磁鐵6吸附安裝在抽油機遊梁上的直三面角結構處，所謂直三面角結構就是三個平面垂直相交的結構，一般遊梁式抽油機的遊梁上都有多個這樣的直三面角結構，它們都能夠用於安裝所述傳感器。

所述基於加速度測量的遊梁式抽油機光杆位移傳感器在空間內有一定的可測量範圍，若以空心外殼1的左下角為坐標原點，該範圍要求所述遊梁的轉動中心的x坐標小於第一x方向加速度計2的x坐標或大於第二x方向加速度計4的x坐標，且所述遊梁的轉動中心的y坐標小於第一y方向加速度計3的y坐標或大於第二y方向加速度計4的y坐標，安裝所述傳感器時要保證所述遊梁的轉動中心位於所述傳感器的可測量區域內。

和現有技術相比，本發明具有以下優點：

(1)維護、使用方便，可以實現長期的在線測量。

(2)適用性強，可以用於不同型號的遊梁式抽油機。

(3)利用磁鐵固定，不需要鑽孔，便於在不能產生明火的油田安裝。

(4)成本低，經濟效益高。

(5)測量精度高。

附圖說明

圖1為本發明遊梁式抽油機光杆位移傳感器三維視圖。

圖2為傳感器測量原理示意圖。

圖3為遊梁式抽油機工作原理示意圖。

圖4為本發明遊梁式抽油機光杆位移傳感器安裝示意圖。

圖5為本發明遊梁式抽油機光杆位移傳感器可測量區域示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式，對本發明做進一步詳細說明。

如圖1所示，一種基於加速度測量的遊梁式抽油機光杆位移傳感器，包括空心外殼1，粘結在外殼1內底面的第一x方向加速度計2，與所述第一x方向加速度計2粘結在所述外殼1內底面同一點的第一y方向加速度計3，粘結在外殼1內底面的第二x方向加速度計4，與所述第二x方向加速度計4粘結在所述外殼1內底面同一點的第二y方向加速度計5，和粘結在外殼1的四周及底部外表面的磁鐵6。

若以空心外殼1的左下角為坐標原點，所述第二x方向加速度計4和第二y方向加速度計5的粘結點的x、y坐標值要分別大於所述第一x方向加速度計2和第一y方向加速度計3的粘結點的x、y坐標值；所述磁鐵6使所述傳感器在所述傳感器的x,y和z方向分別吸附固定在抽油機遊梁上。

遊梁式抽油機的工作原理如圖3所示，遊梁8在電機帶動下會繞著遊梁旋轉軸9周期性地轉動，遊梁8的轉動通過繩子拉動油井光杆7周期性地上下運動從而達到抽油的目的。

所述第一x方向加速度計2、第一y方向加速度計3、第二x方向加速度計4和第二y方向加速度計5用於測量所述抽油機光杆位移，將所述第一x方向加速度計2和第二x方向4的粘結點分別記為E和F，將上述加速度計的測量結果分別記為aEx，aEy，aFx和aFy，以空心外殼1的左下角為坐標原點O,粘結點E與F沿著x軸和y軸的距離分別記為dx和dy，如圖2所示，則所述抽油機遊梁繞著遊梁的轉動中心O1轉動的角加速度β和角速度ω為：

由上式計算得到的角加速度β是有符號的，當計算結果為正表示角加速度方向為逆時針(右手坐標系)，當計算結果為負表示角加速度方向為順時針(右手坐標系)；由上式計算得到的角速度ω是沒有符號的，只能表示大小，角速度的符號由以下公式確定(符號的含義與角加速度的相同)：

其中，t表示當前時刻，t-1表示上一時刻，Δt表示時間間隔，m1表示一個取值為0或1的變量。

將遊梁式抽油機的光杆軸線與所述傳感器安裝點的距離記為R，則遊梁式抽油機的光杆位移為：

其中，表示抽油機遊梁的初始位置對應的初始相位。

所述基於加速度測量的遊梁式抽油機光杆位移傳感器通過所述磁鐵6吸附安裝在抽油機遊梁8上的直三面角結構處，所謂直三面角結構就是三個平面垂直相交的結構，一般遊梁式抽油機的遊梁上都有多個這樣的直三面角結構，如圖3中的虛線方框所示位置。將圖3中的安裝位置放大，可以得到所述傳感器的詳細安裝示意圖，如圖4所示，圖4中用虛線方框標註的位置均是符合安裝條件的直三面角結構。

所述基於加速度測量的遊梁式抽油機光杆位移傳感器在空間內有一定的可測量範圍，若以空心外殼1的左下角為坐標原點，該範圍要求所述遊梁的轉動中心的x坐標小於第一x方向加速度計2的x坐標或大於第二x方向加速度計4的x坐標，且所述遊梁的轉動中心的y坐標小於第一y方向加速度計3的y坐標或大於第二y方向加速度計4的y坐標，安裝所述傳感器時要保證所述遊梁的轉動中心位於所述傳感器的可測量區域內。

上述僅是具體實施例，需要指出的是，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應該為本發明的保護範圍。