[发明专利]抽油机电动机动态负荷模拟加载系统及模拟加载方法

权利要求书

1.一种抽油机电动机动态负荷模拟加载系统，其特征是所述系统包括顺序连接的扭矩仪、皮带轮及齿轮箱模块、抽油机四连杆机构模块、井下负荷模块、四象限变频器和负载电机；

所述扭矩仪用于测量负载电机转速并将负载电机转速发送至皮带轮及齿轮箱模块；

所述皮带轮及齿轮箱模块用于根据负载电机转速计算曲柄角位移、曲柄角速度和曲柄角加速度，并将计算得到的曲柄角位移、曲柄角速度和曲柄角加速度发送至抽油机四连杆机构模块；

所述抽油机四连杆机构模块用于根据曲柄角位移、曲柄角速度和曲柄角加速度计算驴头悬点位移和驴头悬点加速度，并将驴头悬点位移、驴头悬点加速度和曲柄角加速度发送至井下负荷模块；

所述井下负荷模块用于根据驴头悬点位移和驴头悬点静负荷曲线确定驴头悬点静负荷，并根据驴头悬点加速度计算驴头悬点动负荷；还用于确定等效平衡配重及井下摩擦力，再根据等效平衡配重及井下摩擦力计算曲柄驱动力矩，之后将曲柄驱动力矩换算成电机负载扭矩发送至四象限变频器；

所述四象限变频器用于根据电机负载扭矩生成电机负载扭矩驱动指令并发送至负载电机；

所述负载电机根据电机负载扭矩驱动指令控制自身转动。

2.一种抽油机电动机动态负荷模拟加载方法，其特征是所述方法包括：

步骤1：根据扭矩仪测量得到的负载电机转速计算曲柄角位移、曲柄角速度和曲柄角加速度；

步骤2：利用曲柄角位移、曲柄角速度和曲柄角加速度计算驴头悬点位移和驴头悬点加速度；

步骤3：利用驴头悬点位移和驴头悬点静负荷曲线确定驴头悬点的静负荷，利用驴头悬点加速度计算驴头悬点的动负荷；

步骤4：确定等效平衡配重及井下摩擦力，再根据确定等效平衡配重及井下摩擦力计算曲柄驱动力矩；

步骤5：将曲柄驱动力矩换算成电机负载扭矩，生成电机负载扭矩驱动指令并发送至负载电机。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征是所述确定等效平衡配重及井下摩擦力具体为：

子步骤A1：以实测电机负载扭矩曲线为拟合对象，定义拟合度目标函数并确定拟合度目标函数的约束条件；

所述拟合度目标函数为：

其中，Y_i为采样点i的实测电机负载扭矩；

y_i为采样点i的模拟电机负载扭矩；

N为采样点的数量；

Q_e为等效平衡配重；

f_s为井下摩擦力；

拟合度目标函数的约束条件为：0.7Q_eq≤Q_e≤1.3Q_eq以及0≤f_s≤f_eq；

Q_eq为抽油机平衡块换算至曲柄梢处的平衡配重；

f_eq为设定值；

子步骤A2：以f(Q_e,f_s)≤ε为最优解判定条件，计算拟合度目标函数的最优解Q_e和f_s；其中，ε为设定百分比。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征是所述根据确定等效平衡配重及井下摩擦力计算曲柄驱动力矩采用公式：

TC=(Ps+Pd-Bw±fs)·TF‾-MCsin(θ-τ)+J2θ··2;]]>

T_C为曲柄驱动力矩；

P_s为驴头悬点静负荷；

P_d为驴头悬点动负荷；

B_w为结构不平衡重；

f_s为井下摩擦力，上冲程是取正值，下冲程时取负值；

为扭矩因数；

M_C为平衡块垂直作用在曲柄轴上的最大平衡力矩且M_C＝Q_e·R；

Q_e为等效平衡配重；

R为曲柄旋转中心到曲柄与连接杆交点之间的距离；

θ为曲柄位移；

τ为平衡块偏置角；

J₂为曲柄及平衡块的转动惯量；

为曲柄角加速度。