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1、畢業(yè)設(shè)計說明書 Beyeshejishuomingshu 地市： XX號 XX： 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書 一、 題目異相型游梁式抽油機(jī)設(shè)計和計算 二、 本環(huán)節(jié)自 年 月 日起至 年 月 日止 三、 進(jìn)行地點(diǎn) 四、 容要求 游梁式抽油機(jī)機(jī)運(yùn)動分析； 動力分析與平衡計算： 受力分析； 強(qiáng)度計算； 節(jié)能效果和節(jié)能機(jī)理研究； 節(jié)能改造； 造成擺錘式復(fù)合平衡抽油機(jī)； CAD 系統(tǒng)等容 指導(dǎo) 批準(zhǔn)日期： 本科畢業(yè)設(shè)計〔論文〕

2、 題 目： 異相型游梁式抽油機(jī)設(shè)計和計算 學(xué)生： 專 業(yè)： 機(jī)電一體化工程 指導(dǎo) 20XX 11 月10 日 異相型游梁式抽油機(jī)設(shè)計和計算 摘 要 由于我們基本國情和我們能源所需,我們國家80%的能源來之石油的提煉和開采,其中大多的原油來自我們國家的幾大油田,但是我國的石油資源有限而我們國家每年所需的能源不斷的增加,所以我們國家才不斷引進(jìn)和自主開發(fā)抽油機(jī)性能。 其中論文中所說的主要是游梁式抽油機(jī)機(jī)運(yùn)動分析；動力分析與平衡計算：受力分析；強(qiáng)度計算；節(jié)能效果和節(jié)能

3、機(jī)理研究；節(jié)能改造；造成擺錘式復(fù)合平衡抽油機(jī)；CAD 系統(tǒng)等容。 其中論文對游梁式抽油機(jī)機(jī)各種類型分析和研究,并在相同的油井工況條件下,分析比較了它們的節(jié)能效果。 關(guān)鍵詞 ：同常規(guī)抽油機(jī),異相抽油機(jī),偏輪抽油機(jī),彎梁抽油機(jī) PHEASE-TYPE BEAM PUMPING UNIT DESIGNAND CALCULATION ABSTRACT Because ourbasic national conditions and our energy needs, 80% of our nation's ene

4、rgy to the oil refining and mining, most of which crude oil from several oil fields in our country, but our limited oil resources required each year in our country energy continue to increase, so our country before the introduction of pumping performance and self development. One paper said the mai

5、n beam pumping unit machine movement analysis; dynamic analysis and balance calculation: stress analysis; strength calculation; energy efficiency and energy-saving mechanism; energy saving; resulting compound pendulum balanced pumping unit ; CAD systems and so on. One paper machine for all types o

6、f beam pumping unit analysis and research, and the oil wells in the same working conditions, the analysis and comparison of their energy-saving effect KEY WORDS：With conventional pumping unit,Phase unit,Partial wheel unit, Bending beam pumping unit 60 / 67 目 錄 摘要I ABSTRACTII 前言1 第一章抽

7、油機(jī)2 §1.1抽油機(jī)概述................................................ ........................2 §1.2我國抽油機(jī)的發(fā)展方向4 §1.2.1大力發(fā)展和推廣應(yīng)用各種節(jié)能型抽油機(jī)4 §1.2.2各種抽油機(jī)的特點(diǎn)5 §1.2.3 研制高效能叢式井抽油機(jī)9 第二章異相型游梁抽油機(jī)性能測試11 2.1異相游梁式抽油機(jī)概述11 2.2樣機(jī)的設(shè)計與制作11 2.3性能測試及應(yīng)用13 第三章異相型游梁平衡抽油機(jī)16 3.1異相型游梁平衡抽油機(jī)概述16 3.2技術(shù)分析及應(yīng)用16 第四章游梁抽油機(jī)運(yùn)動分析20

8、 §4.1后置型游梁抽油機(jī)運(yùn)動分析20 §4.1.1常規(guī)型抽油機(jī)20 §4.1.2偏置型／異相型抽油機(jī)21 第五章. 游梁抽油機(jī)動力分析23 §5.1 游梁抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷分析23 §5.2 減速器扭矩計算28 §5.3游梁抽油機(jī)電動機(jī)功率的計算33 §5.3.1游梁式抽油裝置的特點(diǎn).......................................................33 §5.3.2電動機(jī)功率的計算................................................................34 §5.4游梁抽油機(jī)平

9、衡計算....................................35 第六章游梁式抽油機(jī)CAD 系統(tǒng)40 §6.1游梁式抽油機(jī)CAD系統(tǒng)組成40 §6.1.1 設(shè)計模塊40 §6.1.2 分析模塊43 §6.2實(shí)例分析簡介44 第七章游梁式抽油機(jī)節(jié)能機(jī)理綜述46 §7.1抽油機(jī)節(jié)能的評價指標(biāo)46 §7.2節(jié)能機(jī)理47 結(jié)論55 參考文獻(xiàn)56 致謝57 附錄58 前 言 近年來,隨著我國科技的不斷發(fā)展,我國對能源的需求不斷的增加從煤炭到石油在慢慢的轉(zhuǎn)到天然氣和太陽能等自然資源。但是由于我們國家基本國情和科技水平,現(xiàn)在大多數(shù)機(jī)械用的是石油或

10、是石油的進(jìn)一步的加工產(chǎn)品。但是由于我國的石油儲存的有限。雖然,我國每年所開采的石油量和石油的進(jìn)一步加工產(chǎn)品量增加,但是,我們國家每年所需的能源不斷的增加。所以,我們國家才不斷引進(jìn)和自主開發(fā)抽油機(jī)性能。 有桿抽油是世界石油工業(yè)傳統(tǒng)的采油方式之一,也是迄今在采油工程中一直占主導(dǎo)地位的人工舉升方式。在我國各油田的生產(chǎn)井中大約有80％是使用有桿抽油技術(shù)。因此,有桿抽油技術(shù)在我國石油開采中占有重要地位。 由于我國投入開發(fā)的油減類型越來越復(fù)雜,投入丌采的儲層深度不斷增加,泵掛深度也不斷增加．加之我國東部各主要油田相繼進(jìn)入中高含水開發(fā)期,對有打抽油技術(shù)不斷提出新的要求,推動了這項技術(shù)的發(fā)展。為了滿足采油

11、工藝對長沖程、低沖次抽油機(jī)的需要,國近年來研制出多種新型游梁式與無游梁式長沖程、節(jié)能抽油機(jī) 其中論文中所說的主要是游梁式抽油機(jī)機(jī)運(yùn)動分析；動力分析與平衡計算：受力分析；強(qiáng)度計算；節(jié)能效果和節(jié)能機(jī)理研究；節(jié)能改造；造成擺錘式復(fù)合平衡抽油機(jī)；CAD 系統(tǒng)等容 其中論文對游梁式抽油機(jī)機(jī)各種類型分析和研究,并在相同的油井工況條件下,分析比較了它們的節(jié)能效果 第一章 抽油機(jī) §1.1抽油機(jī)概述 機(jī)械采油法是一種主要的采油方法。隨著油田日的不斷開發(fā),地層量逐漸消耗,一些油井逐漸喪失了自噴能力。同時,由于地層的地質(zhì)特點(diǎn),有一些油井一開始就不能自噴。

12、為了保證原油的穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)、提高采收率,對這螋不能自噴的油井,必須用機(jī)械采油方法丌采。機(jī)械采油法又分為氣舉法和抽油法兩種。氣舉法的特點(diǎn)是利用壓縮氣體的能量,把原油舉升到地而。而抽油法的特點(diǎn)是將各種結(jié)構(gòu)的泵放到井下進(jìn)行抽油。從國外石油工業(yè)最發(fā)達(dá)的國家來看,用抽油法開采的井?dāng)?shù)在生產(chǎn)井總數(shù)中占絕對多數(shù)。我國,用抽油法開采的井?dāng)?shù)在生產(chǎn)井總數(shù)中占90％以上。如下圖1-1所示抽油機(jī)開采方式。 圖1-1 抽油機(jī)開采方式 用抽油法開采,田外應(yīng)用最廣泛的抽油設(shè)備是游梁式抽油機(jī)一一抽油泵裴簧,或稱作有桿抽油設(shè)備。有卡T抽油方法是應(yīng)用最早也最為廣‘泛的一種人工舉升采油法,早在石油工業(yè)問世時,就開始

13、采用這一方法進(jìn)行采油。它的結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、維護(hù)方便。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展,有桿抽油設(shè)備也不斷完善。在"七五"和"八五"期間,我國有桿抽油設(shè)備的技術(shù)發(fā)展較快。在常規(guī)游梁抽油機(jī)方面,已經(jīng)形成了2～16型抽油機(jī)系列,可以滿足不同井深和不同懸點(diǎn)負(fù)荷的需要；研制了各種類型的新型抽油機(jī),此外,還研制與應(yīng)用了高轉(zhuǎn)差率電動機(jī)、節(jié)能控制柜等產(chǎn)品。大大地節(jié)約了抽油機(jī)的電耗,提高了抽油機(jī)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。 目前,我國各主要油用已經(jīng)基本進(jìn)入油田開發(fā)的中、后期階段,要求抽油設(shè)備滿足深井抽油、增大排液量等采油工藝要求,滿足大負(fù)荷、長沖程、大扭矩要求,進(jìn)一步提高設(shè)備的適應(yīng)性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性和先進(jìn)性。特別值得提出的是提高抽

14、油機(jī)使用經(jīng)濟(jì)性,由于目前石油含水量增加,抽取每噸石油的耗電量也相應(yīng)增加,所以必須研究、應(yīng)用各種高效節(jié)能抽油機(jī)。 我固有30多個廠家研制和生產(chǎn)抽油機(jī),年生產(chǎn)能力達(dá)13000臺,產(chǎn)品主要以游粱式抽油機(jī)為主,約占抽油機(jī)總數(shù)的98％～99％,有30多種規(guī)格,并已形成了系列,基本上滿足了陸地油田丌采的需要。各種新型節(jié)能游梁式抽油機(jī),如前置式抽油機(jī)、異相曲柄平衡抽油機(jī)、前置式氣平衡抽油機(jī)、配有CJT型節(jié)能拖動裝置的常規(guī)抽油機(jī)和用窄V形帶傳動的常規(guī)抽油機(jī)等均已在全國各個油田推廣應(yīng)用,并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。 隨著井深和產(chǎn)量的不斷增加,同時隨著油井丌采復(fù)雜條件的經(jīng)常出現(xiàn)<如高粘、多蠟、多砂、多氣、水淹和

15、強(qiáng)腐蝕性等條件>,游梁式抽油機(jī)一一抽油泵裝置的缺點(diǎn)日益凸顯,主要是抽油機(jī)的重量增大：在生產(chǎn)中抽油桿的事故增多而抽油泵的排量降低。為了減輕抽油機(jī)的重量,采用無游梁式抽油機(jī)。它的特點(diǎn)是保留抽油桿,維持有桿抽油設(shè)備的工作方式。無梁式抽油機(jī),特別是液壓式抽油機(jī)的采用,可以降低抽油桿柱中的應(yīng)力和改善它的工作條件,因而擴(kuò)大了有桿抽油設(shè)備的使用圍。長沖程、低沖次的無游梁式抽油機(jī)的研制取得了一些進(jìn)展,如由勝利油田設(shè)計并與有關(guān)專家協(xié)作生產(chǎn)的鏈條式長沖程抽油機(jī),已有近千臺在各油田投入使用,在低沖次抽油和抽油機(jī)方面已初見成效。 有桿抽油設(shè)備是目前乃至今后很長一段時間我國的主力抽油設(shè)備,全國現(xiàn)有各種類型有桿

16、抽油設(shè)備38000多臺,其中常規(guī)型有桿抽油機(jī)數(shù)量最多。此外還有多種型式節(jié)能抽油機(jī)和長沖程抽油機(jī),在用數(shù)量已達(dá)6000多臺。 我國在有桿抽油設(shè)備生產(chǎn)能力方面,有了很大發(fā)展。1981年全國共生產(chǎn)226臺有桿抽油設(shè)備。1982年生產(chǎn)2085臺。1985年生產(chǎn)3787臺。1986年生產(chǎn)4792臺。1987年生產(chǎn)5226臺。1988年5623臺。1989年生產(chǎn)5011臺。1990年生產(chǎn)4939臺。1990年生產(chǎn)數(shù)量是1981年的21.85倍,說明我同有桿抽油設(shè)備制造能力有了大幅度提高,生產(chǎn)數(shù)量大幅度地增長。中國石油天然氣集團(tuán)公司所屬廠家,1985年生產(chǎn)2434臺,．占全國生產(chǎn)有桿抽油設(shè)備總

17、數(shù)的64.2％。1986年生產(chǎn)3194臺,占66.65％。1987年生產(chǎn)3697臺,占70.74％。1988年生產(chǎn)4189臺,占74.5％。1989年生產(chǎn)3733臺,占74.49％。1990年生產(chǎn)2685臺,占77.62％,說明集團(tuán)公司生產(chǎn)能力逐漸擴(kuò)大發(fā)展,,生產(chǎn)比例逐年增加。 §1.2我國抽油機(jī)的發(fā)展方向 根據(jù)我國油田開發(fā)與使用抽油機(jī)的需要,今后我國非常規(guī)有桿抽油機(jī)技術(shù)發(fā)展方向應(yīng)為：優(yōu)化各種類型抽油機(jī)的主要性能參數(shù),從節(jié)省能耗,節(jié)約鋼材等方面著手,提高抽油機(jī)的各項技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。 §1.2.1大力發(fā)展和推廣應(yīng)用各種節(jié)能型抽油機(jī) 抽油機(jī)節(jié)能是全世界關(guān)注的事情,對于我國來講,節(jié)能

18、具有更大的現(xiàn)實(shí)意義。我國每年機(jī)械采油耗電量達(dá)42億千瓦小時,是一個相當(dāng)可觀的數(shù)字。實(shí)測結(jié)果表明,我國在用的抽油系統(tǒng)的總效率只有16％～23％,有的甚至還低。與莢國抽油系統(tǒng)效率的46％相比還存在較大的差距。目前,我國研制與使用的節(jié)能型抽油機(jī)有五種類型：異相藍(lán)柄平衡抽油機(jī)、前置式抽油機(jī)、鏈條抽油機(jī)、氣平衡抽油機(jī)、地面驅(qū)動井下螺桿泵。 為減少能耗,提高采油經(jīng)濟(jì)效益,今后還要研制新型節(jié)能抽油機(jī),推廣應(yīng)用各種現(xiàn)有節(jié)能抽油機(jī),限制常規(guī)抽油機(jī)的生產(chǎn)數(shù)量,大幅度應(yīng)用節(jié)能抽油機(jī)。 §1.2.2各種抽油機(jī)的特點(diǎn) 〔1〕進(jìn)一步完善氣平衡抽油機(jī) 氣平衡抽油機(jī)實(shí)際是一種前置型的抽油機(jī),其不同之處是曲柄上無平衡塊

19、,川氣缸氣體壓力產(chǎn)生的推力實(shí)現(xiàn)平衡。氣平衡抽油機(jī)有利于減小減迷器的負(fù)扭矩,使減速器的扭矩波動趨于平緩。它的優(yōu)點(diǎn)是：耿消了笨重的平衡塊,整機(jī)重量減輕了約1／3：可以根據(jù)油井工況的變化調(diào)節(jié)壓力控制器的螺母壓緊或松動彈簧控制氣包允許壓力的高低來調(diào)整平衡,操作十分簡便,不用停機(jī),而且平衡效果良好。其缺點(diǎn)是平衡缸加工制造費(fèi)用增加,又附加了一套補(bǔ)氣裝置,使生產(chǎn)成本增高,平衡氣缸系統(tǒng)在運(yùn)轉(zhuǎn)中易出故障,中修期短,修理費(fèi)用高,對操作和維修工人要求較高。如下圖1.2.2-1所示。 圖1-2氣平衡抽油機(jī) 氣平衡抽油機(jī)與我國現(xiàn)有的幾種非常規(guī)型抽油機(jī)相比,具有較好的抽油性能和使用可靠性,很有推廣應(yīng)用價值。

20、與常規(guī)抽油機(jī)相比,氣平衡抽油機(jī)可以減輕重量40％～60％,節(jié)約電耗40％～60％,性能好、工作平穩(wěn)、噪音小、調(diào)節(jié)與使用方便,可靠性高,適合我國各油使用,技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)先進(jìn) <2>大力開發(fā)長沖程無游粱抽油機(jī) 鑒于我國各油田采用小泵深抽、大泵提液的需要,同時經(jīng)常出現(xiàn)較為復(fù)雜的丌采條件,游梁式抽油機(jī)由于其四連桿機(jī)構(gòu)的傳動型式,其重量隨沖程長度近似地成直線關(guān)系增加,己不能適應(yīng)復(fù)雜丌采條件的要求。為了減輕抽油機(jī)的重量,增加沖程長度,擴(kuò)大有桿抽油設(shè)備的使用圍以及為了改善抽油機(jī)裝置的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo),迫切需要長沖程無游梁抽油機(jī)。如圖其實(shí)踐與理論分析表明,增大沖程游粱抽油機(jī)是常規(guī)游梁抽油機(jī)的發(fā)展方向；增大沖程無

21、游梁抽油機(jī)是增大沖程拙油機(jī)的發(fā)展方向：長沖程無游梁抽油機(jī)是長沖程抽油機(jī)的發(fā)展方向。如下圖1-3所示。 圖1-3 長沖程無游梁抽油機(jī) 〔3〕推廣應(yīng)用全膠帶傳動抽油機(jī) 全膠帶傳動抽油機(jī),沒有齒輪減速箱,采用CJT系列節(jié)能拖動裝置或Y系列電動機(jī)為動力,將電動機(jī)的動力傳遞給曲柄膠帶輪,并帶動游粱運(yùn)動。于其四卡T機(jī)構(gòu)具有急回特性,而且以滌綸V型聯(lián)組膠帶傳動代替齒輪減速箱,故抽油機(jī)沖程長度和偏置角均可進(jìn)行調(diào)節(jié),采用帶有飛輪效應(yīng)的單連桿結(jié)構(gòu)。膠帶傳動抽油機(jī)與常規(guī)型抽油機(jī)相比,其上沖程扭矩因數(shù)小,驢頭懸點(diǎn)加速度低,在相同工況下,其懸點(diǎn)載荷值和曲柄膠帶輪軸的凈扭矩值都較小,曲柄抖矩曲線較平穩(wěn)。

22、該抽油機(jī)具有高效和節(jié)能的工作特性：設(shè)汁先進(jìn)、合理,制造容易、維護(hù)和保養(yǎng)簡單、方便。如下圖1-4所示LPJ12型鏈條膠帶抽油機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖 圖1-4 LPJ12型鏈條膠帶抽油機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖 1—電動機(jī)；2—減速器；3—主動鏈輪；4—鏈條； 5—上鏈輪； 6—機(jī)架； 7—上滾筒； 8—載荷膠帶； 9—往返架；10—特殊鏈節(jié)；11—平衡箱；12—平衡塊； 13—導(dǎo)向輪 〔4〕進(jìn)一步完善鏈條抽油機(jī) 鏈條式抽油機(jī)由五個系統(tǒng)組成：動力傳動系統(tǒng)、換向系統(tǒng)、平衡系統(tǒng)、 懸掛系統(tǒng)和機(jī)架底座系統(tǒng)。其工作原理如下：電動機(jī)通過皮帶傳動、減速箱、 減速后,驅(qū)動主動鏈輪旋轉(zhuǎn)。這樣

23、一來,軌跡鏈條就在垂直布置的主動鏈輪 和上鏈輪間運(yùn)轉(zhuǎn)。在軌跡鏈條上有一個特殊鏈節(jié),它通過主軸銷、滑塊帶動 往返架。當(dāng)軌跡鏈條作環(huán)形運(yùn)動時,特殊鏈節(jié)也隨著作環(huán)形運(yùn)動。在往返架 上端有上鋼絲繩通過滑輪連接掛光桿的懸繩器。往返架的上下垂直往返運(yùn)動 就使光桿和抽油桿相應(yīng)地進(jìn)行下沖程和上沖程。往返架的下端有平衡鏈條, 平衡鏈輪連接氣動平衡系統(tǒng),以滿足抽油機(jī)的平衡要求。如下圖1-5所 示鏈?zhǔn)匠橛蜋C(jī) 圖1-5 鏈?zhǔn)匠橛蜋C(jī) 鏈條抽油機(jī)采用鏈條及淵道連桿機(jī)構(gòu)換向,液封氣動平衡,沖程長、 懸點(diǎn)運(yùn)動均勻、負(fù)荷能力大。與同規(guī)格常規(guī)抽油機(jī)相比,重量減輕60％, 減少電耗30％

24、,提高抽油效率達(dá)10％,占地面積減少50％,負(fù)荷能力提高 lO％,安裝、運(yùn)輸方便,適用于叢式井抽油。 §1.2.3研制高效能叢式井抽油機(jī) 近年來,我國先后鉆成了許多口叢式井,如果利用叢式井的井距近的特點(diǎn),研制呵外發(fā)高效能叢式井抽油機(jī),將會使我國抽油機(jī)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和效益有較人幅度提高 。如下圖1-6所示叢式井抽油機(jī) 圖1-7 叢式井抽油機(jī) 當(dāng)前有四種型式高效能叢式井抽油機(jī)： ①雙驢頭游梁式液壓驅(qū)動高效能叢式井抽油機(jī)： ②雙驢頭游梁式楓械驅(qū)動高效能叢式井抽油機(jī)； ③無游粱機(jī)械馳動高效能叢式井抽油機(jī)； ④無游梁液壓驅(qū)動高效能叢式井抽油機(jī)。 高效能叢式井抽油

25、機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在于充分利用兩口井相近的特點(diǎn),用一臺抽油機(jī)可使兩口井同時抽油,兩口井負(fù)荷相互平衡,抽油更節(jié)能、更有效?？傊?隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,抽油設(shè)備將朝著高度自動化、高效率、長壽命、節(jié)材、節(jié)能的方向發(fā)展。 第二章 異相型游梁抽油機(jī)性能測試 2.1異相游梁式抽油機(jī)概述 異相游梁平衡抽油機(jī)〔專利：97230150〕是在常規(guī)抽油機(jī)的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的一種新型節(jié)能抽油機(jī)。該型抽油機(jī)將游梁平衡重重心下移一段距離L,使游梁平衡重重心與支架軸承中心的連線和游梁后臂之間成& 角,& 即為異相游梁平衡相位角。異相游梁平衡抽油機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、能耗低、可靠性高等優(yōu)點(diǎn),特別適合于"小泵

26、深抽"。對于重型〔10 型或10 型以上〕抽油機(jī)的設(shè)計與制造,采異相游梁平衡技術(shù),不僅可以降低抽油機(jī)的能耗,還可以減小連桿、曲柄銷的受力,改善抽油機(jī)運(yùn)行狀況。其中利用異相游梁平衡技術(shù),設(shè)計出 CYJY16-5.4-89HF/B 型異相游梁復(fù)合平衡抽油機(jī)。在此擬介紹該型抽油機(jī)的設(shè)計和性能測試,揭示異相游梁平衡抽油機(jī)的性能特點(diǎn),進(jìn)一步探討16 型抽油機(jī)的設(shè)計方法. 2.2樣機(jī)的設(shè)計與制作 16型抽油機(jī)采用了異相游梁平衡技術(shù),其支架、連桿、曲柄銷的受力狀況大為改善。表1 列出了CYJY16-5.4-89HF/B 型異相游梁復(fù)合平衡抽油機(jī)與14型異相曲柄平衡抽油機(jī)在泵徑D=44m

27、m、沖次數(shù)n=6.0min-1的條件下,主要承載構(gòu)件的受力狀況對比 表1主要承載構(gòu)件的受力對比 機(jī) 型 沖程長度/m 連桿受力/kN 支架水平分力/ kN 支架垂直分力/ kN 支架合力/ kN 合力方向/<度> 懸點(diǎn)載荷/ kN CYJY16-5.4-89HF/B 5.4 250.3 61.7 504.6 505.7 -3.2~9.5 158.4 CYJ14-5.4-73HF 4.8 305.5 109.3 458.6 471.4 -2.7~20.0 .2 從表1 可以看出,16 型異相游梁復(fù)合

28、平衡抽油機(jī)與14型抽油機(jī)相比,其連桿和曲柄銷的受力減小了近20%；支架承受的合力接近,但水平分力大為減小。為此,筆者在設(shè)計16型抽油機(jī)時,對SY/T5795-93《游梁式抽油機(jī)安裝尺寸、易損件配合尺寸》標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的軸承、曲柄銷等構(gòu)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行了如下的改進(jìn): 〔1〕連桿尺寸〔連桿管的直徑〕和結(jié)構(gòu)型式〔連桿頭〕與14型抽油機(jī)相同,只是長度不同； 〔2〕曲柄銷、曲柄銷軸承、尾軸承及支架軸承均與14< 型抽油機(jī)相同； 〔3〕大幅減小支架的開度,支架底部的安裝尺寸與14< 型抽油機(jī)相同,這樣,既節(jié)約材料,又解決了大型抽油機(jī)支架運(yùn)輸困難的問題。 2.3性能測試及應(yīng)用

29、 改進(jìn)后的第1臺16型抽油機(jī)樣機(jī)于1999年1月試制成功. 為了檢測CYJY16-5.4-89HF/B型異相游梁復(fù)合平衡抽油機(jī)的各項性能指標(biāo)是否符合相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計要求,1999年4月在對該樣機(jī)進(jìn)行了嚴(yán)格的整機(jī)性能測試。在測試過程中,采用目前各抽油機(jī)制造廠普遍使用的直接加載試驗方法,這種方法簡單易行,但由于其上下沖程的靜載荷均相等,故與實(shí)際工況相差較大,并且各個承載構(gòu)件和易損件在測試過程中將受到嚴(yán)峻的考驗。主要測試設(shè)備有TDJ2 型經(jīng)緯儀、NDZ 型聲級計、IRT-120D 型手持式紅外測溫儀及MG26 型鉗形電流表。測試工況按照SY/T5044-93《游梁式抽油機(jī)》標(biāo)準(zhǔn)中之整機(jī)"型式檢

30、驗"條款進(jìn)行,即： 〔1〕最大沖程、最高沖次、減速器額定扭矩條件下允許的懸點(diǎn)載荷； 〔2〕額定懸點(diǎn)載荷、最高沖次、減速器額定扭矩條件下允許的沖程長度； 〔3〕超額定懸點(diǎn)載荷25%最高沖次、超減速器額定扭矩25%<<條件下允許的沖程長度。 具體測試時分以下3 種工況進(jìn)行。 工況1：懸點(diǎn)載荷W = 137.3kN,沖程長度S =5.4m,沖次n=6.0min-1, 減速器扭矩T = 89kN.m 工況2：懸點(diǎn)載荷 W = 157.3kN,沖程長度S =4.5m,沖次n=6.0min-1,減速器扭矩T = 89kN.m。 工況3：懸點(diǎn)載荷W = 206.6kN,沖程長度S

31、 =4.5m,沖次n=6.0min-1,減速器扭矩T = 111.25kN.m。 測試項目和檢驗結(jié)果如表2所示。 表2整機(jī)性能測試結(jié)果 測試項目 標(biāo)準(zhǔn)值 工況1實(shí)測值 工況2實(shí)測值 工況3實(shí)測值 支架頂部縱向振幅/mm <或=7 5.65 5.83 6.4 支架頂部橫向振幅/mm <或=6 4.7 5.17 5.62 減速器軸承溫度/C <或=70 36.4 36.8 42.3 減速器軸承溫升/C <或=40 12.3 12.3 16.3 減速器油池溫度/C <或=70 32

32、.2 32.2 38.3 減速器油池溫升/C <或=15 8.2 8.2 12.3 整機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)噪音/dB <或=87 81.5 82.7 85.7 驢頭懸點(diǎn)投影/mm <或=&28 &22.3 &23.8 &25.7 其它指標(biāo)如整機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性、驢頭的穩(wěn)定性、各部件的可靠性、各部件的密封性、剎車機(jī)構(gòu)的可靠性等均符合SY/T5044-93《游梁式抽油機(jī)》和SY/T5212-97《游梁式抽油機(jī)質(zhì)量分等》標(biāo)準(zhǔn)的要求。 機(jī)械應(yīng)用： 16型抽油機(jī)樣機(jī)測試后在油田投入使用,無故障運(yùn)轉(zhuǎn)近3a根據(jù)提供的使用情況報告C

33、YJY16-5.4-89HF/B 型異相游梁復(fù)合平衡抽油機(jī)與常規(guī)抽油機(jī)相比,減速器峰值扭矩下降42%以上,節(jié)能30%以上,并且結(jié)構(gòu)簡 單、承載能力大、可靠性高。 綜上所述,經(jīng)過改進(jìn)設(shè)計的CYJY16-5.4-89HF/B型異相游梁復(fù)合平油抽油機(jī)的整機(jī)性能指標(biāo)和外觀質(zhì)量均符合相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求,并且具有結(jié)構(gòu)緊湊、輕、可靠性高、能耗低等特點(diǎn)；同時,移運(yùn)性好,操作維護(hù)方便,是一種具有廣闊應(yīng)用前景的重型抽油機(jī)。 第三章 異相型游梁平衡抽油機(jī) 3.1異相型游梁平衡抽油機(jī)概述 我國油

34、田地面采油設(shè)備以CYJY14-4.8-73HF型異相曲柄游梁式抽油機(jī)為主。隨著勘探開發(fā)的深入,抽油井井深不斷加深,迫切需要承載能力更大的抽油機(jī),以適應(yīng)油田中后期采油的需要。 無游梁式抽油機(jī)易于實(shí)現(xiàn)重載荷、長沖程,且平衡效果好、能耗較低。但存在可靠性較差,維護(hù)工作量大等缺點(diǎn)。游梁式抽油機(jī)機(jī)構(gòu)簡單、維修方便,可以長期在野外安全可靠地工作,是目前應(yīng)用最廣泛的抽油機(jī)。但體積大,質(zhì)量大以及能耗高是其固有的缺點(diǎn)。鑒于此,我國提出開發(fā)目標(biāo)：設(shè)計出承載能力大、可靠性高、整機(jī)質(zhì)量輕、能耗低、價格合理且具有良好市場競爭能力的16 型游梁式節(jié)能抽油機(jī)。,開發(fā)出了CYJY16-5.4-89HF/B.型異相游梁異相曲

35、柄復(fù)合平衡抽油機(jī)。 3.2技術(shù)分析及應(yīng)用 1主要技術(shù)參數(shù)如下； 額定懸點(diǎn)載荷：160kN； 沖程：5.4,4.5,3.6m； 沖次：4.0,5.0,6.0min-1 !； 減速器額定扭矩：89kN.m； 電動機(jī)功率：55kW〔常規(guī)〕； 曲柄偏置角&：-7度； 整機(jī)質(zhì)量：38 000kg。 2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) CYJY16-5.4-89HF/B 型抽油機(jī)該型機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計采用異相游梁平衡和異相曲柄平衡技術(shù)。零部件的設(shè)計兼顧了與14 型抽油機(jī)的通用互換性。 〔1〕異相游梁平衡結(jié)構(gòu)異相游梁平衡抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)要點(diǎn)是游梁平衡重重心到游梁旋轉(zhuǎn)中心連線與游梁后臂成一定的角度,

36、且游梁平衡重的平衡效果在抽油機(jī)的總平衡效應(yīng)中應(yīng)占足夠比例。游梁平衡比曲柄平衡具有平衡效果好,桿件受力小,減速器凈扭矩小的優(yōu)點(diǎn)。異相游梁平衡重所產(chǎn)生的平衡效應(yīng)更接近實(shí)際懸點(diǎn)載荷所產(chǎn)生的扭矩,使得游梁平衡的優(yōu)點(diǎn)更加明顯。缺點(diǎn)是游梁平衡重慣性較大,不能使用高沖次。在設(shè)計時對游梁平衡與曲柄平衡進(jìn)行了合理的分配游梁平衡重重心到游梁旋轉(zhuǎn)中心連線與游梁后臂的夾角a=22度,游梁平衡重質(zhì)量6500kg,游梁平衡重最大平衡力臂4215mm,最小平衡力臂2666mm。曲柄偏置角&=-7度,曲柄平衡重最大平衡扭矩203kN.m。游梁平衡重平衡效應(yīng)占總平衡效應(yīng)〔曲柄水平時〕37%。 〔2〕異相曲柄平衡結(jié)構(gòu)基本結(jié)

37、構(gòu)設(shè)計采用異相曲柄平衡結(jié)構(gòu)并經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計。異相曲柄平衡技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)較為成熟,具有一定的節(jié)能效果是其優(yōu)點(diǎn)之一。 〔3〕其它結(jié)構(gòu)特點(diǎn)采用89H 雙圓弧齒輪減速器。游梁采用箱形截面設(shè)計。支架采用四腿式結(jié)構(gòu)并考慮了支架的良好移運(yùn)性,底面的前后跨度為.3520mm。底座采用; 形底座結(jié)構(gòu)以增強(qiáng)其穩(wěn)定性。游梁平衡重與游梁的聯(lián)接采取類似驢頭與游梁聯(lián)接的方式,便于安裝和拆卸。驢頭采用了防撕裂設(shè)計結(jié)構(gòu)。采用外抱式剎車。 3. 技術(shù)性能特點(diǎn) 〔1〕繼承了常規(guī)型抽油機(jī)可靠、耐用的優(yōu)點(diǎn)。采用異相游梁平衡后,單塊曲柄平衡塊的質(zhì)量與14 型機(jī)相同,沒有增加調(diào)參的難度。 〔2〕理論計算表明,該

38、機(jī)較常規(guī)機(jī)平均節(jié)電12%~36%。同規(guī)格常規(guī)機(jī)配備,75kW 及以上電動機(jī)。本機(jī)配備55kW常規(guī)電動機(jī),也可配備45kW高轉(zhuǎn) 差率電動機(jī),較常規(guī)機(jī)下降1~2個等級。 〔3〕采用異相游梁平衡后,曲柄銷、連桿及支架等部件的受力均大為降低,特別是支架的水平分力降低60%以上。相同承載能力的同規(guī)格常規(guī)機(jī),配備105kN.m或125kN.m減速器。本機(jī)配備89kN.m 減速器,比常規(guī)機(jī)下降1~2個等級。 〔4〕整體設(shè)計較合理,整機(jī)質(zhì)量比國同規(guī)格抽油機(jī)大大降低。特別是減速器和電動機(jī)級別的降低,使得價格大大低于國同類型抽油機(jī),具有一定的市場競爭能力。 〔5〕由于減速器凈扭矩小,在最高沖程和

39、最高沖次,泵徑為32~51mm 時,可以達(dá)到額定懸點(diǎn)載荷,說明該機(jī)具有較強(qiáng)的承載能力。 機(jī)械應(yīng)用； 1999 年4 月,兩臺樣機(jī)經(jīng)檢驗合格后在油田投入使用。對其中1 口原安裝14型常規(guī)機(jī)的油井進(jìn)行了采油數(shù)據(jù)分析。表3為采油數(shù)據(jù)對比情況 2000 年初,CYJY16-5.4-89HF/B抽油機(jī)投入批量生產(chǎn)。通過在我?guī)状笥吞锝鼛啄甑膽?yīng)用表明,該機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定可靠,能耗低,安裝維護(hù)簡單方便,深受用戶歡迎。較適合于"小泵深抽",也可用于"大泵強(qiáng)采",是深井油田中后期開發(fā)較為理想的地面采油設(shè)備 表3 兩種抽油機(jī)采油數(shù)據(jù)對比情況 機(jī) 型 CYJ14-4.

40、8-73HB CYJY16-5.4-89HF/B 沖 程/m 4.8 5.4 沖 次/min-1 6 4 泵 徑/mm 44 44 泵 深/m 2186 2502 泵 效/% 47.5 62.1 套 壓/MPa 0.70 0.67 回 壓/MPa 0.65 0

41、.62 含 水/% 88.2 89.1 油氣比/m.m.m/t 576 561 日產(chǎn)液量/t 21.9 26.7 日耗電/kW.h 397 363 噸液單耗/Kw.h 18.1 13.6 第四章 游梁抽油機(jī)運(yùn)動分析 §4.1后置型游梁抽油機(jī)運(yùn)動分析 掌握抽油機(jī)懸點(diǎn)的運(yùn)動規(guī)律<懸點(diǎn)的位移、速度和加

42、速度>是研究抽油機(jī)裝置動力學(xué)、確定抽油裝置的基本參數(shù)及進(jìn)行抽油機(jī)裝置設(shè)計的基礎(chǔ),因此,首先分析其運(yùn)動規(guī)律 §4.1.1常規(guī)型抽油機(jī) <1>結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：曲柄連桿機(jī)構(gòu)和驢頭分別位于支架的前后兩邊,結(jié)構(gòu)如圖4 -1所示 圖4 -1常規(guī)型游粱式抽油機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖 <2>工作原理： 減速箱將動力機(jī)的高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變?yōu)榍S的低速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。曲柄軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動由四連桿機(jī)構(gòu)變?yōu)閼依K器的往復(fù)運(yùn)動,懸繩器下而接抽油打柱,抽油桿柱帶動抽油泵柱塞<或活塞>在泵筒作上下往復(fù)直線運(yùn)動,從而將油井的油舉升到地面。 §4.1.2偏置型／異相型抽油機(jī) 異相型游梁式抽油機(jī)是近十幾年發(fā)展起來的一種性能較好的抽

43、油機(jī)。從外肜上看,它與常艦型游梁式抽油機(jī)沒有顯著的差別。主要的不同之處有兩點(diǎn)： 一是將減速箱背離支架后移,增大了減速器輸出軸中心和游梁擺動中心之間的水平距離,形成了較大的極位夾角<即驢頭處于上下死點(diǎn)位寅時連桿中心線之間的夾角>； 二是平衡塊重心與曲柄軸中心連線和曲柄銷中心與曲柄軸中心連線之間構(gòu)成一定的夾角t,該角稱為平衡相位角。這種抽油機(jī)的曲柄均為順時針旋轉(zhuǎn),因此曲柄平衡重總是滯后一個相位角,如圖4-2所示。 如圖4-2異相型游梁式抽油機(jī) 1一剎車裝置：2一電動機(jī)；3一減速器皮帶輪； 4一減速器；5一輸出軸；6一平衡塊：7一支架： 8一曲柄；9一連桿：10一游粱11一驢頭；

44、 12一懸繩器；1 3一底座 由于異相型游梁式抽油機(jī)具有較大極位夾角,一般為12°左右,使得抽油機(jī)上沖程時曲柄轉(zhuǎn)過的角度增加12°為192°,下沖程時曲柄轉(zhuǎn)過的角度減少12°為168°。當(dāng)曲柄轉(zhuǎn)速不變時,懸點(diǎn)上沖程的時間就大于下沖程的時間。因此懸點(diǎn)上沖程時加速度和動載荷減小。由于平衡相位角改善了平衡效果,從而使減速器的最大扭矩峰值降低,扭矩變化較均勻,電動機(jī)所需功率減小,在一定條件下有節(jié)能效果。 第五章. 游梁抽油機(jī)動力分析 §5.1 游梁抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷分析 〔1〕抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷簡介 抽

45、油機(jī)驢頭懸點(diǎn)載荷是標(biāo)志抽油機(jī)工作能力的重要參數(shù)之一,也是抽油機(jī)設(shè)計計算和選擇使用的主要依據(jù)。抽油機(jī)通過抽油桿柱帶動井下抽油泵工作時,和捫油機(jī)驢頭懸點(diǎn)上作用有以下三種載荷： 1>靜載荷：包括抽油桿柱自重以及油管外液體靜壓力作用于抽油泵柱摩上的液柁靜載荷。 2>動載荷：由于抽油桿柱和油管的液體作不等速運(yùn)動,而是以一定的加速度運(yùn)動,這樣就彤成了動載荷。動載荷豐要有抽油卡T柱的動載荷和作用在枉塞上的液樁動載荷。 3>各種摩擦兒所產(chǎn)生的載荷：包括光打和盤根盒的摩擦力；抽油桿柱和液體及抽油桿柱和油管之間的摩擦力；液體在柱桿所形成的環(huán)形空間的流動阻力；液體通過泵閥和柱塞孔時所形成的局部液體阻力

46、。特別是目前我國很多油田的油井生產(chǎn)的是稠油,使得以前可以忽略的液體摩擦阻力現(xiàn)在必須考慮。 上述的各種載荷在懸點(diǎn)上下往復(fù)運(yùn)動的過程中,不斷的作周期性變化。因此,懸點(diǎn)的載荷也是作周期性變化如圖5—1所示。 圖5-1 抽油機(jī)有桿泵運(yùn)動1個周期的4個階段 1—抽油桿; 2—油管; 3—泵筒 有桿泵的具體運(yùn)行過程： 1.電機(jī)提供動力給齒輪箱。齒輪箱降低輸出角速度同時提高輸出轉(zhuǎn)矩。 2.曲柄逆時針轉(zhuǎn)動同時帶動配重塊。曲柄是通過聯(lián)接桿連接游梁的,游梁提升和沉降活塞。驢頭在最低位置的時候,標(biāo)志著下沖程的止點(diǎn)?？梢宰⒁獾角瓦B接桿此時在一條直線上。 3.上

47、沖程提升驢頭和活塞,隨之油背舉升。在上止點(diǎn),所有的鉸鏈在一條直線。這種幾種結(jié)構(gòu)局限了連接桿的長度。 4.活塞和球閥。球閥是液體流動驅(qū)動開閉的。 上沖程中,動閥關(guān)閉靜閥開啟?；钊喜康暮筒康囊后w從套管中被提升出去,同時外部液體補(bǔ)充進(jìn)來。下沖程,動閥開啟閥法關(guān)閉。液體流入活塞而且沒有液體回流油井。 〔2〕懸點(diǎn)載荷計算 ---懸點(diǎn)靜載荷; ---懸點(diǎn)動載荷; 1） 懸點(diǎn)靜載荷 1.抽油桿自重計算 在上下沖程中,抽油桿自重始終作用于抽油機(jī)驢頭懸點(diǎn)上,是一個不變的載荷,它可以用下列式子計算: -抽油桿自重,kN; -抽油桿總長度,m;-抽油桿的截面積,m2

48、;重力加速度,9.81N/kg2;-抽油桿的密度,kg/m3;-每米抽油桿自重,kN/m。 對于組合桿柱,如果級數(shù)為K,則可用下式計算: = ---第i級抽油桿住每米自重,KN/m; ----第i級桿柱長度與總長之比值; 由于抽油桿全部沉沒在油管的液體之中,所以在計算懸點(diǎn)靜載荷時,要考慮液體浮力的影響。用代表抽油桿柱在液體中的自重,則它可以用下式計算: =<1-0.127>* 其中,---井液密度,t/;---液體中抽油桿自重; 2. 作用于柱塞的液柱靜載荷計算 作用于柱塞上的液柱載荷隨著抽油泵閥門開閉狀態(tài)的不同而變化。下沖程時,柱塞上的游動閥是打開的,柱塞上下連

49、通。若不計井液通過游動閥和柱塞孔的阻力,則柱塞上下的井液壓力相等,作用于柱塞上的液柱載荷等于零。上沖程時,游動閥關(guān)閉而固定閥打開,柱塞上下不再連通。柱塞上面的液體壓力等于油管液體靜壓力,而柱塞下面的液體壓力,忽略液體通過固定閥時的阻力,等于油管外動液面以下液柱的靜壓力。這一壓力差在柱塞上產(chǎn)生液柱載荷〔單位kN〕： = *g*<-h>* =*g** 式中,---作用于柱塞的液柱載荷;---井液密度,t/;g----重力加速度,g=9.81m/;---抽油桿總長或掛泵深度,m;h---泵的沉沒深度,m;---油井動液面深度,m---泵的柱塞面積, 3.懸點(diǎn)靜載荷計算 上沖程時,

50、懸點(diǎn)靜載荷等于上述兩項載荷之和,則有: = + 下沖程時, 懸點(diǎn)靜載荷等于抽油桿柱在液體中的自重,則有： = 2） 懸點(diǎn)動載荷 1.抽油桿柱動載荷 抽油桿和液柱在非勻速運(yùn)動過程中產(chǎn)生慣性力而作用于抽油機(jī)懸點(diǎn)上的載荷稱為動載荷。慣性力的方向與加速度方向相反。在抽油機(jī)系統(tǒng)中,我們規(guī)定取向上加速度為正,即取向下的載荷為正。忽略抽油桿的彈性,將其視為一集中質(zhì)量,則抽油桿柱動載荷就等于抽油桿質(zhì)量與加速度的乘積。 × = ×〔〕= ---抽油桿柱動載荷； ---懸點(diǎn)靜載荷; ---懸點(diǎn)加速度<驢頭圓弧切向加速度>; g----重力加速度,g=9.81m/; --- 曲柄角

51、速度; ----曲柄轉(zhuǎn)角; -抽油桿總長度,m;-抽油桿的截面積,m2; -抽油桿的密度,kg/m3; --扭矩因數(shù),m;代表單位懸點(diǎn)載荷在曲柄軸上產(chǎn)生的扭矩.=； v----懸點(diǎn)速度; --- 曲柄角速度; 2.油液柱動載荷 忽略液體的可壓縮性。則液柱動載荷就等于液柱質(zhì)量與液柱運(yùn)動加速度的乘積。但由于油管徑與抽油泵直徑不同,故抽油桿與油管形成的環(huán)形空間中液體的運(yùn)動速度和加速度不等于抽油泵柱塞的運(yùn)動速度和加速度<當(dāng)忽略抽油桿的彈性時,柱塞泵的運(yùn)動速度和加速

52、度等于懸點(diǎn)運(yùn)動速度和加速度>,為此引入加速度修正系數(shù)。 其中,,---泵的柱塞面積,；-抽油桿的截面積,m2; —用油管徑計算的流通面積,m2;—作用下柱塞環(huán)形面積上的液柱重量,kN; 3.懸點(diǎn)動載荷計算 上沖程時懸點(diǎn)的動載荷等于抽油桿的動載荷和液柱動載荷之和。 下沖程時,液體的運(yùn)動速度和加速度很小,其動載荷可以忽略不計,故 §5.2 減速器扭矩計算 〔1〕減速器扭矩計算 減速器扭矩指的是游梁式抽油機(jī)在減速器輸出軸<也稱曲柄軸>上實(shí)際產(chǎn)生的扭矩。其大小和懸點(diǎn)載荷、沖程長度、抽油機(jī)四桿機(jī)構(gòu)桿長比值以及抽油機(jī)的平衡狀況有關(guān)。現(xiàn)以曲柄平衡的游梁式抽油機(jī)為例來推導(dǎo)

53、曲柄軸扭矩的一般計算公式<見下圖所示>。按照習(xí)慣,當(dāng)曲柄連桿機(jī)構(gòu)施加于輸出軸上的扭矩方向與曲柄軸的旋轉(zhuǎn)方向一致時<主動力矩>,扭矩為負(fù)值;相反時,扭矩為正值<阻力矩>。 為便于計算,現(xiàn)將下列符號設(shè)定為: —擺動部件自重<游梁、驢頭、橫梁等>,kN; —擺動部件重心至游梁支承的距離,m; —擺動部件的轉(zhuǎn)動慣量,103kg·m2; —作用于驢頭懸點(diǎn)的載荷,kN; —游梁與水平線之間的夾角; —游梁轉(zhuǎn)動的角加速度,; —曲柄處于水平位置時平衡重與曲柄自重對減速器輸出軸中心的力矩,kNm; —平衡相位角,即曲柄軸中心到平衡重重心之連線與曲柄半徑R的夾角,由 R到連線按旋轉(zhuǎn)方

54、向度量; —四桿機(jī)構(gòu)的傳動效率,=0.92—0.96。 擺動部件自重可以轉(zhuǎn)化為作用于懸點(diǎn)處的載荷B,B稱為游梁式抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)不平衡重。 在抽油機(jī)中規(guī)定:當(dāng)擺動部件重心位于游梁后臂上時,B為正值;重心位于前臂上時,B為負(fù)值。B值可以用以下方法測定:將連桿曲柄銷從曲柄上脫開,在懸點(diǎn)處施加一鉛垂方向的力,使游梁保持水平位置;測量所施加的力,即為B值,單位是kN如果該力向下,B為正值;該力向上,B為負(fù)值。懸點(diǎn)載荷與結(jié)構(gòu)不平衡重的差值稱為純光桿載荷。根據(jù)虛位移原理,當(dāng)忽略四連桿中的摩擦損失以及擺動部件的轉(zhuǎn)動慣性時,純光桿載荷在曲柄軸上產(chǎn)生的扭矩為: 式中,—純光桿載荷扭矩,kN·m;

55、—懸點(diǎn)速度,m/S; —曲柄角速度,1/s; —扭矩因數(shù),m;代表單位懸點(diǎn)載荷在曲柄上產(chǎn)生的扭矩。 因=常數(shù),故隨曲柄轉(zhuǎn)角的變化規(guī)律與懸點(diǎn)速度的變化規(guī)律一致。如果計及四連桿機(jī)構(gòu)的摩擦損失和擺動部件的轉(zhuǎn)動慣性,再加上曲柄平衡扭矩,則在曲柄上的凈扭矩的一般計算公式為: 式中:m為指數(shù);>0時,m=-1;<0時,m=l。 上式雖是針對曲柄平衡的游梁式抽油機(jī)的,但也可適用于復(fù)合平衡梁平衡和曲柄平衡組合>以及純油梁平衡抽油機(jī)。 對于復(fù)合平衡抽油機(jī),可將游梁平衡重的效應(yīng)納入結(jié)構(gòu)不平衡重之中。 式中,—游梁平衡重重量,kN; —游梁平衡重重心到游梁支承中心的距離,m 。 對于純

56、游梁平衡重,可令式中的=0 。 利用公式計算時,需要知道轉(zhuǎn)動慣量的數(shù)據(jù)。實(shí)際計算時,動慣量在曲柄軸上產(chǎn)生的扭矩對凈扭矩的影響不大,工程計算時可以忽略。 在大多數(shù)有關(guān)抽油機(jī)的文獻(xiàn)中,均不計四連桿機(jī)構(gòu)摩擦的影響而取=1;凈扭矩的計算公式進(jìn)一步簡化為: 但是,四桿機(jī)構(gòu)的效率,對凈扭矩的影響相當(dāng)大。=0.93與=1相比較,最大扭矩增加了21%。因此,在計算減速器扭矩時,還是考慮抽油機(jī)四連桿機(jī)構(gòu)效率為好。 由減速器扭矩計算的一般公式可知:在曲柄旋轉(zhuǎn)一周的過程中,減速器扭矩隨曲柄轉(zhuǎn)角作周期性的變化,其變化規(guī)律可用扭矩曲線來表示。曲柄平衡的游梁式抽油機(jī)的減速器凈扭矩是由載荷扭矩與曲柄平衡扭矩兩部

57、分組成,所以在扭矩曲線圖上往往繪有3條扭矩曲線:載荷扭矩曲線、平衡扭矩曲線及凈扭矩曲線。對于純游梁平衡的游梁式抽油機(jī),由于在扭矩計算的一般公式中沒有曲柄平衡扭矩這一項,在扭矩曲線上只有一條凈扭矩曲線。利用扭矩計算的一般公式,作出-數(shù)據(jù)表,即可繪制出扭矩曲線。 圖5-2常規(guī)機(jī)曲柄軸凈扭矩曲線 表5 常規(guī)游梁式抽油機(jī)性能曲線的特征值 -懸點(diǎn)速度；-懸點(diǎn)加速度； -扭矩因數(shù)；-工作載荷扭矩； -曲柄軸凈扭矩。 〔2〕抽油機(jī)扭矩特性參數(shù) 1. 平均扭矩 曲柄轉(zhuǎn)動一周中的平均扭矩可以用下式求得: 其中,-等分區(qū)間數(shù); -瞬時扭矩值。 由于曲柄平衡扭矩在曲柄旋轉(zhuǎn)一周中的平

58、均值為零,所以它對平均扭矩不發(fā)生絲毫影響,也就是說,曲柄平衡抽油機(jī)的減速器平均扭矩與抽油機(jī)的平衡程度無關(guān),是一個不變量<當(dāng)抽油機(jī)工況一定時>。 不論是上沖程還是下沖程,其起始狀態(tài)和終了狀態(tài)的速度均為零,因擺動體的慣性所產(chǎn)生的慣性扭矩在一個沖程的平均扭矩亦必然等到于零,所以曲柄軸的平均扭矩與慣性扭矩?zé)o關(guān)。這樣,曲柄軸的平均扭矩可用下列式計算: 2. 最大扭矩 曲柄轉(zhuǎn)動一周中凈扭矩的最大值稱為最大扭矩。與平均扭矩幾不同,最大扭矩一般發(fā)生在上沖程或下沖程的中部。但由于載荷扭矩變化規(guī)律的復(fù)雜性,最大扭矩也可能發(fā)生在沖程的其它任一位置上。沒有一般的分析表達(dá)式可以計算各種不同平衡程度下的及其

59、所處的曲柄轉(zhuǎn)角,只能根據(jù)數(shù)據(jù)表或凈扭矩曲線確定。是一個很重要的扭矩特性參數(shù)。無論是進(jìn)行游梁式抽油機(jī)選型,還是在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中對抽油機(jī)進(jìn)行診斷都要用到這個參數(shù)。 3. 最小扭矩 曲柄轉(zhuǎn)動一周中凈扭矩的最小值稱為最小扭矩。它同樣既受載荷扭矩的影響,也受到平衡扭矩的影響。在許多情況下,往往小于零。小于零的凈扭矩稱為負(fù)扭矩。負(fù)扭矩一般出現(xiàn)在沖程的末尾。的數(shù)值及其發(fā)生時的曲柄轉(zhuǎn)角也只能根據(jù)數(shù)據(jù)表或凈扭矩曲線來確定。 負(fù)扭矩的存在意味著能量傳遞發(fā)生倒流,即能量不是由電動機(jī)向曲柄軸傳輸,而是由曲柄軸向電動機(jī)傳輸,使電動機(jī)處于發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)。負(fù)扭矩一方面使電動機(jī)的平均效率和功率因數(shù)降低,另一方面使齒輪傳動

60、產(chǎn)生沖擊載荷,所以,在設(shè)計和使用抽油機(jī)時,應(yīng)力求加大,避免或減小負(fù)扭矩<絕對值>。 4. 均方根扭矩和周期載荷系數(shù) 當(dāng)假定電動機(jī)的電流與其軸上扭矩成正比關(guān)系時,用均方根扭矩代替變化的實(shí)際扭矩作用于電動機(jī)軸上,可保持電動機(jī)的發(fā)熱狀態(tài)相同。所以,均方根扭矩是選擇電機(jī)額定功率的依據(jù),是一個重要的扭矩參數(shù)。影響Tmax的各種因素如平衡扭矩、抽油機(jī)機(jī)構(gòu)幾何關(guān)系以及油井工況等都同樣影響。均方根扭矩與平均扭矩之比稱為抽油機(jī)的周期載荷系數(shù)。 亦是表示抽油機(jī)減速器扭矩變化均勻程度的一個參數(shù)[9]。越接近于1,表示扭矩變化越均勻。油井工況、抽汲參數(shù)、抽油機(jī)四連桿機(jī)構(gòu)的幾何關(guān)系以及平衡程度等都會影

61、響的大小。 §5.3游梁抽油機(jī)電動機(jī)功率的計算 雖然,國外有些油田用天然氣發(fā)動機(jī)作為抽油機(jī)動力,但是大多數(shù)抽油機(jī)以電動機(jī)作為動力。因此,在抽油井較多的油田上,用于抽油的電能消耗最大。抽油裝置的電動機(jī)選擇,一方面關(guān)系到電能的利用效率；另一方面將關(guān)系到能否充分發(fā)揮抽油設(shè)備和油層生產(chǎn)能力的問題。 §5.3.1游梁式抽油裝置的特點(diǎn) 1〕．負(fù)茼是脈動的,而且變化大； 2〕．肩動困難,要求有大的啟動轉(zhuǎn)矩； 3〕．在露天工作,要求電動機(jī)維護(hù)簡單,工作可靠。 所以,抽油機(jī)所用電動機(jī)所選配的電動機(jī)都是封閉式鼠籠型異步咆動機(jī)。它的構(gòu)造簡單、堅固、易于維修。目前,國

62、產(chǎn)抽油機(jī)所選配的電動機(jī)大多數(shù)是JQ或JQO。<高啟動轉(zhuǎn)矩>系列及其替代品Y系列的三相異步封閉式鼠籠型電動機(jī)。 電動機(jī)的選擇除了確定適合于抽油機(jī)工作的類型之外,還要確定適合各型抽油機(jī)工作的電動機(jī)的容量<即電動機(jī)的額定功率>。 §5.3.2電動機(jī)功率的計算 選擇電動機(jī)時,除了確定適合于抽油機(jī)工作特點(diǎn)的類型之外,還要確定適合各型抽油機(jī)工作能力的電動機(jī)容量,即功率大小。 電機(jī)功率與曲柄軸扭矩關(guān)系為 需要電工率 曲柄軸扭矩在工作過程中是變化的,應(yīng)當(dāng)按均方根取其等值電流或等值扭矩來計算,即： 等值扭矩：就是用一個固定扭矩來代替變化的實(shí)際扭矩,使其

63、電動機(jī)的發(fā)熱條件相同,則此固定扭矩稱為實(shí)際變化扭矩的等值扭矩<即均方根值>?？捎膳ぞ厍€來計算 等值扭矩與最大扭矩之間存在一定關(guān)系,可以寫成如下形式： k——不同方法確定的比例系數(shù), 簡諧模型=0.707； 回歸分析結(jié)果=0.54； 建議值k=0 .6. §5.4游梁抽油機(jī)平衡計算 〔1〕抽油機(jī)平衡原理 1不平衡原因 上下沖程中懸點(diǎn)載荷不同,造成電動機(jī)在上、下沖程中所做的功不相等 2不平衡造成的后果 〔1〕上沖程中電動機(jī)承受著極大的負(fù)荷,下沖程中抽油機(jī)帶著電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),造成功率的浪費(fèi),降低電動機(jī)的效率和壽命；

64、 〔2〕由于負(fù)荷極不均勻,會使抽油機(jī)發(fā)生激烈振動,而影響抽油裝置的壽命。 〔3〕破壞曲柄旋轉(zhuǎn)速度的均勻性,影響抽油桿和泵正常工作。 3平衡原理 〔1〕.平衡的基本原理 無論何種平衡方式,其平衡的基本原理都一樣,即下沖程時把抽油桿柱下落釋放出的能量和電動機(jī)輸出的能量一起儲存在平衡系統(tǒng)中,到上沖程時原平衡系統(tǒng)中儲存的能量與電動輸出的能量一起對抽油機(jī)懸點(diǎn)做功。既圖5-3 圖5-3圖5-4 〔2.〕平衡的基本條件 抽油機(jī)平衡的基本條件是電動機(jī)上下沖程過程中所做的功相等, 即 圖5-4所示 〔3.〕平衡的基本依據(jù) 由平衡的基本原

65、理得到下沖程過程中平衡系統(tǒng)儲存的位能 應(yīng)滿足： 則得到電機(jī)在下沖程中做的功為： 圖5-5所示 圖5-5 在上沖程中平衡系統(tǒng)放出能量,幫助電機(jī)對懸點(diǎn)做功： 則得電機(jī)在上沖程中做的功為： 在下沖程中把能量儲存起來,在上沖程中利用儲存的能量來幫助電動機(jī)做功,從而使電動機(jī)在上下沖程中都做相等的正功 下沖程： 上沖程： 平衡條件 結(jié)論：為了使抽油機(jī)平衡,在下沖程中需要儲存的能量或上沖程中需要釋放的能量應(yīng)該是懸點(diǎn)載荷在上下沖程中所做功之和的一半。 〔4.〕平衡系統(tǒng)達(dá)到平衡所需要的平衡功 當(dāng)只考慮靜載荷做功時,懸點(diǎn)在上沖程中做的功為：

66、 下沖程做的功為： 則由前式得理論上需要的平衡功為 2、抽油機(jī)機(jī)械平衡計算 1 游梁式抽油機(jī)的機(jī)械平衡方式 〔1〕 機(jī)械平衡 游梁平衡：游梁尾部加平衡重 曲柄平衡<旋轉(zhuǎn)平衡>：平衡塊加在曲柄上 復(fù)合平衡<混合平衡>：游梁尾部和曲柄上都有平衡重 〔2〕氣動平衡 氣包的氣體壓縮與膨脹；多用于大型抽油機(jī)；節(jié)約鋼材；改善抽油機(jī)受力狀況；加工質(zhì)量要求高<如氣包的密封性等>。 2 游梁平衡方式計算 達(dá)到平衡所需要的游梁平衡塊重： 圖5-6所示 圖5-6 曲柄平衡方式計算平衡半徑公式： 圖5-7所示 圖5-7 復(fù)合平衡方式計算平衡半徑公式： 圖5-8所示 圖5-8 第六章 游梁式抽油機(jī)CAD 系統(tǒng) 在工程設(shè)計學(xué)領(lǐng)域,由于電子計算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展,極大促進(jìn)了計算機(jī)輔助設(shè)計C