1.一种抽油机钢丝绳断裂预警方法,其特征在于,所述抽油机钢丝绳断裂预警方法包括:在钢丝绳上等距离的选取n个监测点,每个监测点设置一个应变片;
测量钢丝绳的第i个监测点的钢丝绳的横截面积Si,0<i≤n,其中,i为正整数,n为正整数;
测量钢丝绳第i个监测点的钢丝绳的温度值Hi;
测量钢丝绳第i个监测点的应变片的电压值Vi;
建立第i个监测点的钢丝绳发生的形变量Di与对应的应变片的电压值Vi之间的数学模型为:其中,Vi为第i个监测点的应变片的电压值,Di为第i个监测点的钢丝绳的形变量,k1为输出电压的纠正系数,k2为余弦分量系数,k3为正弦分量系数,Qi为第i个监测点的应变片的电压的灵敏度系数,ω1为钢丝绳的形变系数,Hi为第i个监测点的钢丝绳的温度;
建立钢丝绳在提升拉杆以及油泵时受到的拉力F模型;
建立第i个监测点的钢丝绳的模量与钢丝绳受到的拉力、钢丝绳的形变以及应变片的电压值之间的数学模型为:其中,Ei为钢丝绳在第i个监测点的模量,F为钢丝绳受到的拉力,a为钢丝绳被提起向上运动时的加速度,Hi为监测点处钢丝绳的温度,在第i个监测点的钢丝绳的模量大于或者等于预设的钢丝绳模量时生成钢丝绳断裂预警信号,以提醒用户进行更换钢丝绳。
2.根据权利要求1所述的抽油机钢丝绳断裂预警方法,其特征在于,所述抽油机钢丝绳断裂预警方法还包括:在预设的基准温度下监测至少四个监测点的形变量和应变片输出的电压,并根据形变量和应变片输出的电压计算输出电压的纠正系数k1,余弦分量系数k2,正弦分量系数k3,以及钢丝绳的形变系数ω1。
3.根据权利要求2所述的抽油机钢丝绳断裂预警方法,其特征在于,所述抽油机钢丝绳断裂预警方法还包括:计算所述钢丝绳在上升过程中受到的总的拉力用F表示为:F=F1+F2
式中,F为钢丝绳被提起时向上运动时承受的总的拉力,F1为钢丝绳被提起向上运动时承受的第一拉力,F2为钢丝绳被提起向上运动时承受的第二惯性附加拉力;
建立钢丝绳在上升过程中受到的总的拉力用F的数学模型为:其中,
ρ1为钢丝绳的密度, 为钢丝绳的平均横截面积,L1为钢丝绳的总长度,ρ2为抽油杆的密度,S2为抽油杆的横截面积,L2为抽油杆的长度,ρ3为油泵的密度,S3为油泵的有效横截面积,L3为油泵的长度,ρ4为原油的密度,ρ5为水的密度,m1为原油所占的比例系数,m2为水所占的比例系数,S4为油泵中原油和水的有效横截面积,L4为油泵中原油和水的有效长度,g为重力加速度,a为钢丝绳被提起向上运动时的加速度。
4.根据权利要求3所述的抽油机钢丝绳断裂预警方法,其特征在于,所述建立第i个监测点的钢丝绳的模量与钢丝绳受到的拉力、钢丝绳的形变以及应变片的电压值之间的数学模型为:其中,Ei为第i个监测点钢丝绳的模量,F为钢丝绳受到的拉力,a为钢丝绳被提起向上运动时的加速度,Hi为第i个监测点处钢丝绳的温度;
根据求得的钢丝绳发生的形变量与对应的应变片输出电压值之间的数学模型可以变形为:将其带入钢丝绳的模量与钢丝绳受到的拉力、钢丝绳的形变以及应变片的电压值之间的数学模型中,可以得到钢丝绳模量与电压之间的关系为:即,通过应变片的设置于钢丝绳上,通过钢丝绳在提升油泵时,发生的形变程度,即可计算出第i个监测点处钢丝绳发生的形变与对应的应变片输出电压值之间的关系,进而通过第i个监测点处钢丝绳对应的应变片输出电压值、形变量以及温度对钢丝绳的影响,即可计算出第i个监测点钢丝绳模量,然后当此时的钢丝绳模量超过了预设的钢丝绳模量则需要更换钢丝绳。
5.根据权利要求4所述的抽油机钢丝绳断裂预警方法,其特征在于,还包括:根据n个监测点的钢丝绳的模量确定所述钢丝绳的整体模量E;
在所述整体模量E大于预设的整体模量阈值时,生成所述钢丝绳断裂预警信号;
其中,E=X1E1+X2E2+…+XiEi+…+XnEn其中,X1、X2、…、Xi、…、Xn为预设的权重系数,且X1+X2+…+Xi+…+Xn=1。
6.根据权利要求5所述的抽油机钢丝绳断裂预警方法,其特征在于,所述第i个监测点预设的权重系数Xi与悬绳器之间的距离呈正相关。
7.根据权利要求6所述的抽油机钢丝绳断裂预警方法,其特征在于,所述在钢丝绳等距离的选取n个监测点包括:在所述钢丝绳上延垂直方向等距离的选取n个监测点。
8.一种预警装置,其特征在于,所述预警装置用于执行如权利要求1至7任一项所述的抽油机钢丝绳断裂预警方法。
9.根据权利要求8所述的预警装置,其特征在于,还包括:报警器,所述报警器用于在钢丝绳模量超过了预设的钢丝绳模量时报警。