[发明专利]一种基于实测悬点位移的曲柄运动规律仿真模型

说明书

本发明提供一种基于实测悬点位移的曲柄运动规律仿真模型，对抽油机曲柄摇杆换向机构运动规律进行分析，建立悬点理论位移计算模型；基于曲柄转速存在波动，在曲柄匀速转动角速度的基础上添加傅立叶级数项，建立曲柄实际转动角速度计算模型及曲柄转角计算模型；以曲柄实际转动角速度为设计变量，将悬点理论位移与悬点实测位移的误差平方和最小作为优化目标函数，建立曲柄实际转动角速度优化数学模型；应用优化算法对优化目标函数进行求解，从而求出曲柄实际转动角速度。本发明通过建立仿真模型，有效提高了悬点理论位移与悬点实测位移的拟合程度，有利于提高基于实测电参数反演悬点载荷过程中的所产生的曲柄扭矩的精度和反演结果悬点载荷的精度。

技术领域

本发明涉及抽油机运动规律仿真领域，具体地涉及一种基于实测悬点位移的曲柄运动规律仿真模型。

背景技术

目前，油田采油设备主要是抽油机，示功图包含着油井工况的许多信息，通过载荷传感器和位移传感器来获取实测示功图，进而对抽油机的工况进行分析。该方法方便、简单，但是由于传感器易老化、使用寿命短，使得所采集的实测示功图数据存在误差大、精度不高等问题，影响工况信息的采集和分析，更无法实现对抽油机运行过程中所产生的故障进行准确的识别和诊断。

间接获取示功图是目前常采用的一种方法，主要是根据抽油机井实测电参数来反演示功图，该方法成本较低、精度较高，但是由于抽油机悬点载荷、曲柄轴净扭矩与电动机负载扭矩都存在较大波动，导致电动机与曲柄转动角速度也存在波动。曲柄转动角速度的波动不仅影响抽油机悬点运动规律，也影响系统的惯性扭矩，所以对曲柄转动角速度的准确获取，是提高悬点理论位移与悬点实测位移的拟合程度的一个关键要素。

发明内容

本发明目的在于准确建立一种基于实测悬点位移的曲柄运动规律仿真模型，提高悬点理论位移与悬点实测位移的拟合程度。

本发明首先对抽油机曲柄摇杆换向机构运动规律进行分析，建立悬点理论位移计算模型；基于曲柄转速存在波动，在曲柄匀速转动角速度的基础上添加傅立叶级数项，建立曲柄实际转动角速度计算模型及曲柄转角计算模型；以曲柄实际转动角速度为设计变量，将悬点理论位移与悬点实测位移的误差平方和最小作为优化目标函数，建立曲柄实际转动角速度优化数学模型；应用优化算法对优化目标函数进行求解，从而求出曲柄实际转动角速度。实现准确获取曲柄实际转动角速度的目标，提高悬点理论位移与悬点实测位移的拟合程度。

为实现上述目的，本发明提供一种建立基于实测悬点位移的曲柄运动规律仿真模型，其包括以下步骤：

步骤1、对抽油机曲柄摇杆换向机构运动规律进行分析，得到悬点理论位移与曲柄转角之间的对应关系x_t(θ)的函数表达式：

x_t(θ)＝(ψ_max-ψ)*A

式中，x_t(θ)为悬点理论位移；ψ为游梁后臂相对于基杆的夹角；ψ_max为游梁后臂和基杆之间的最大夹角；A为游梁前臂长度，单位为m；

步骤2、在曲柄匀速转动角速度ω₀的基础上，加上一个K阶傅里叶级数，确定曲柄实际转动角速度ω(t)的函数表达式：

其中

式中,w(t)为曲柄实际转动角速度，单位为rad/s；ω₀为曲柄匀速转动角速度，单位为rad/s；K为傅里叶级数截断级数；t为时间差分，单位为s；a_i为待求傅里叶系数；b_i为待求傅里叶系数；n为悬点实测冲次，单位为min^-1；

根据曲柄实际转动角速度，确定曲柄瞬时转角的函数表达式：