变频游梁式抽油系统动态仿真与实时频率优化

董世民　李伟成　赵晓芳　赵　然

燕山大学,秦皇岛,066004



变频游梁式抽油系统动态仿真与实时频率优化

董世民李伟成赵晓芳赵然

燕山大学,秦皇岛,066004

摘要：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%。

关键词：游梁式抽油系统；变频控制；动态仿真；实时频率；优化设计

0引言

游梁式抽油系统工作过程中，受悬点载荷周期性变化以及曲柄摇杆机构特性的影响，减速箱曲柄轴扭矩与电动机负载扭矩存在较大波动，严重影响抽油系统的工作性能。现有研究结果表明，改进抽油机的平衡性能，即降低曲柄轴扭矩波动是降低抽油机井能耗、提高系统效率的有效途径[1-2]。近年来，变频技术的成熟以及其制造成本的降低，使得变频控制技术在抽油机上得到了广泛应用[3-6]，该技术的应用，减小了减速箱曲柄轴与电动机负载扭矩波动，改善了抽油机的平衡状态，具有一定的节能效果[3-8]。……