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沈陽理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告
題 目 名 稱：API偏置抽油機(jī)設(shè)計(jì)
題 目 類 別：工程設(shè)計(jì)
院 （系）：機(jī)運(yùn)學(xué)院
專 業(yè) 班 級(jí)：
學(xué) 生 姓 名：張建
指 導(dǎo) 教 師：張福/教授
開題報(bào)告日期： 4月12日
API偏置抽油機(jī)設(shè)計(jì)：RM912D-427-144
1、 題目來源
本題目來源于湖北省教育廳重點(diǎn)研究計(jì)劃項(xiàng)目“API系列偏置抽油機(jī)模塊化設(shè)計(jì)”研究項(xiàng)目的一部分。
2、研究目的和意義
本項(xiàng)目的研究目標(biāo)為：確定44種API系列偏置抽油機(jī)的機(jī)構(gòu)尺寸，對(duì)其進(jìn)行模塊化分，在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出44種API系列偏置抽油機(jī)的生產(chǎn)圖樣。本設(shè)計(jì)完成其中一個(gè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容。
本項(xiàng)目的研究意義： 近幾年來，隨著油田開采技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)抽油機(jī)也提出了更高的要求，即深泵掛，大行程，節(jié)省能源。常規(guī)抽油機(jī)不具備上述技術(shù)要求，必須尋找新的替代產(chǎn)品。針對(duì)此問題提出了:API系列抽油機(jī)，該抽油機(jī)是指按照美國石油學(xué)會(huì)APISPEC11E《抽油機(jī)規(guī)范》設(shè)計(jì)、制造的系列常規(guī)及便置游梁式抽油機(jī)。它是在常規(guī)型游梁抽油機(jī)的基礎(chǔ)上研制而成的，整機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便生產(chǎn)成本低及節(jié)能效果好的優(yōu)點(diǎn)。
常軌型抽油機(jī)受到四桿機(jī)構(gòu)的限制，游梁擺角不能過大，導(dǎo)致整機(jī)質(zhì)量偏重，體積偏大。偏置式游梁抽油機(jī)是在常規(guī)型抽油機(jī)的基礎(chǔ)上經(jīng)過優(yōu)化四連桿機(jī)構(gòu)的幾何尺寸，優(yōu)化了平衡重的夾角，改變了平衡重的相位角而產(chǎn)生的一種新型的抽油機(jī)。通過平衡重在曲柄軸上產(chǎn)生的扭矩與懸點(diǎn)負(fù)載在曲柄軸上產(chǎn)生的扭矩相平衡，使抽油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)峰值扭矩和峰值電流都有較大幅度的降低，從而達(dá)到節(jié)能的目的。
其特點(diǎn)是：①游梁采用短前臂、大擺角結(jié)構(gòu)，既能滿足沖程長度要求，又可減小游粱截面面積．節(jié)省原材料。②該機(jī)在上沖程時(shí)連桿與游梁呈90工作，受力狀態(tài)好，在上沖程時(shí)．曲柄轉(zhuǎn)角大，動(dòng)載小，峰值扭短小。③采用偏置型平衡結(jié)構(gòu)．高效節(jié)能。
偏置式游梁抽油機(jī)滿足了現(xiàn)在油田的發(fā)展需求和當(dāng)代所提倡的節(jié)能型產(chǎn)品的發(fā)展要求，提高了開采效率，降低了損耗同時(shí)節(jié)約了成本，為企業(yè)創(chuàng)造了更大的經(jīng)濟(jì)效益，因此它有廣闊的發(fā)展前景
3、閱讀的主要參考文獻(xiàn)及資料名稱
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4、國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)與研究的主攻方向
4.1國內(nèi)現(xiàn)狀：
抽油機(jī)是有桿采油系統(tǒng)的地面裝置，主要分游梁式抽油機(jī)及無游梁式抽油機(jī)兩大類。無游梁式及各類節(jié)能型抽油機(jī)，大多具有沖程長、重量輕、能耗低等特點(diǎn)，但在可靠性及對(duì)野外環(huán)境的適應(yīng)性方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及游梁式抽油機(jī)。API SPEC11E《抽油機(jī)規(guī)范》是美國石油學(xué)會(huì)制定的抽油機(jī)標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)較為科學(xué)地規(guī)定了44種偏置式抽油機(jī)的基本參數(shù)。可以滿足世界不同地區(qū)的需要。該標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)美國石油學(xué)會(huì)多年的研究成果，對(duì)抽油機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造工藝乃至外觀進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)定。世界上許多國家將該標(biāo)準(zhǔn)作為抽油機(jī)生產(chǎn)、訂貨的依據(jù)。
前蘇聯(lián)、羅馬尼亞等國家各自制定了標(biāo)準(zhǔn)，但非常接近。
我國根據(jù)自己的國情，結(jié)合個(gè)國標(biāo)準(zhǔn)的長處，制定了自己的抽油機(jī)標(biāo)準(zhǔn)。由于歷史的原因，國內(nèi)個(gè)廠家的抽油機(jī)在外觀及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上更接近前蘇聯(lián)的抽油機(jī)。
國際貿(mào)易中抽油機(jī)需求地區(qū)一般是工業(yè)較不發(fā)達(dá)的地區(qū)，它們沒有本國的抽油機(jī)標(biāo)準(zhǔn)，大多數(shù)抽油機(jī)進(jìn)口國如印尼、阿根廷、印度以及敘利亞、埃及等中東國家，均以API標(biāo)準(zhǔn)作為其訂貨的依據(jù)。在國際抽油機(jī)市場(chǎng)中，API抽油機(jī)占主導(dǎo)地位。
美國拉夫金公司是生產(chǎn)API抽油機(jī)的典型代表。拉夫金公司具有一百年的歷史，該公司產(chǎn)品80%以上為按API標(biāo)準(zhǔn)制造的常規(guī)游梁式抽油機(jī)。其產(chǎn)品質(zhì)量好，使用壽命長，銷售網(wǎng)點(diǎn)遍布各地，是國際抽油機(jī)市場(chǎng)中強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。
在國內(nèi)，對(duì)抽油機(jī)進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)和制造還是空白。我國抽油機(jī)是在國標(biāo)規(guī)范下由各廠自行設(shè)計(jì)和仿制，雖然發(fā)展了很多機(jī)型，但品種雜亂，同一型號(hào)的抽油機(jī)，其尺寸和結(jié)構(gòu)各廠也不相同（即使同一廠的產(chǎn)品也各有不同），企業(yè)生產(chǎn)成本居高不下，難以形成合理的生產(chǎn)規(guī)模，同時(shí)，由于品種雜，互換性差，給油田使用單位的生產(chǎn)和管理帶來極大不便。
基于此，為了更好地滿足國內(nèi)抽油機(jī)制造廠家的要求，按照API標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求，設(shè)計(jì)出全套的偏置抽油機(jī)圖樣，就顯得更為重要。
4.2國外現(xiàn)狀：
抽油機(jī)是油田采油生產(chǎn)中常用的地面舉升設(shè)備，是采油井在自噴能力消失后，采用人工方式將油舉升到地面的設(shè)備。從抽油機(jī)總的發(fā)展趨勢(shì)看仍以游梁抽油機(jī)為主，同時(shí)向多樣化、超大載荷、長沖程；自動(dòng)化、智能化；節(jié)能、無油梁長沖程方向發(fā)展。
在抽油機(jī)的制造方面，世界上已有100多家公司，主要集中在美國、俄羅斯、法國、加拿大、和羅馬尼亞等國家，其中美國抽油機(jī)品種齊全，技術(shù)水平先進(jìn)，質(zhì)量較好，應(yīng)用范圍廣泛。目前世界上抽油機(jī)最大的下泵深度達(dá)，在美國Reno油田上使用。俄羅斯的抽油機(jī)下泵深度為。美國Lufkina公司制造的A系列前置式氣平衡抽油機(jī)最大載荷為。國外抽油機(jī)的制造企業(yè)也逐步向大公司靠攏，采用統(tǒng)一的技術(shù)生產(chǎn)，多種形式的無梁長沖程的抽油機(jī)的發(fā)展已日趨完善，抽油機(jī)自動(dòng)化控制也被廣泛使用，各種節(jié)能機(jī)型得到普遍推廣，游梁式抽油機(jī)產(chǎn)品的系列化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化程度日益提高。
（1）自動(dòng)化、智能化抽油機(jī)
抽油機(jī)自動(dòng)化、智能化控制技術(shù)的發(fā)展是近幾年來抽油機(jī)技術(shù)進(jìn)步的一個(gè)顯著特點(diǎn)，是成熟技術(shù)和高新技術(shù)集成化應(yīng)用的具體體現(xiàn)。自動(dòng)化抽油機(jī)具有實(shí)時(shí)測(cè)得油井運(yùn)行參數(shù)，及時(shí)顯示個(gè)記錄并且通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行綜合計(jì)算與分析功能，推薦最優(yōu)工況參數(shù)、進(jìn)一步指導(dǎo)抽油機(jī)以最優(yōu)工況進(jìn)行抽油的特點(diǎn)而成為最具有發(fā)展前景的抽油機(jī)。目前世界上比較先進(jìn)的有美國Baker、Delta-x、 APS和Nsco等公司生產(chǎn)的自動(dòng)化抽油機(jī)。
美國的Delta-x公司研制了世界上第一臺(tái)智能型抽油機(jī)，效率高，動(dòng)力消耗少，自動(dòng)化程度高，與常規(guī)抽油機(jī)相比，具有以下特點(diǎn)：
①結(jié)構(gòu)緊湊占地面積小。
②是一種無游梁長沖程抽油機(jī)，最大沖程長度大12.19m，沖程可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。
③該抽油機(jī)具有防抽空和防液擊的功能；節(jié)能效果好，電動(dòng)機(jī)消耗功率可減少10%到30%。
④沖次較低，運(yùn)行較平穩(wěn)，動(dòng)載荷較小，可減輕抽油機(jī)各種零件的機(jī)械磨損，提高抽油機(jī)的使用壽命。
⑤微處理機(jī)和電子控制器具有診斷功能，還配有示功器和數(shù)字顯示以及數(shù)字傳輸機(jī)構(gòu)，可將信息輸入數(shù)據(jù)庫。此外微機(jī)還有記憶功能，記錄抽油機(jī)的抽汲情況，分析流動(dòng)譜，以便對(duì)油田和油井及時(shí)做出決策，提高抽油機(jī)效率，降低采油成本，取得更好的抽油經(jīng)濟(jì)效益。
美國的Baker公司開發(fā)的自動(dòng)化抽油機(jī)具有多種保護(hù)功能，一旦某些運(yùn)行參數(shù)超過允許值時(shí)，會(huì)自動(dòng)報(bào)警停車。此外還配有泵抽空控制器，確保安全可靠的進(jìn)行抽油。
（2）節(jié)能型抽油機(jī)
油田機(jī)械采油中，使用抽油機(jī)的油井占總數(shù)的82.1%，由于抽油機(jī)井的系統(tǒng)效率較低大量的能量（70%以上）在傳遞過程中損失掉，因此，國內(nèi)外都在致力于發(fā)展節(jié)能型抽油機(jī)。國外在節(jié)能型抽油機(jī)研制方面投入較大，研制和應(yīng)用了許多新型節(jié)能型抽油機(jī)，在采油實(shí)踐中，達(dá)到了節(jié)能、提高采油經(jīng)濟(jì)效益的目的。比較典型的有：低矮型抽油機(jī)、前置式抽油機(jī)、前置式氣平衡抽油機(jī)、無游梁長沖程抽油機(jī)、輪式抽油機(jī)及偏置型抽油機(jī)等，其中美國在節(jié)能抽油機(jī)方面走在前列。
（3）無游梁長沖程抽油機(jī)
隨著采油工藝的發(fā)展，長沖程的抽油機(jī)得到研制和應(yīng)用。長沖程抽油方式可以提高抽油泵的泵效10%到25%，如美國加福尼亞洲的一口油井將沖程改為沖程,日產(chǎn)量從提高到。目前長沖程抽油機(jī)已形成三大類：即增大沖程游梁抽油機(jī)、增大沖程無游梁抽油機(jī)和無游梁長沖程抽油機(jī)。
（4）大載荷抽油機(jī)
隨著個(gè)油田油氣資源的不斷開發(fā)，油層深度逐年增加，含水量也不斷增加，大泵提液采油工藝采用大型抽油機(jī)。
美國Lufkin公司生產(chǎn)C系列常規(guī)游梁抽油機(jī)最大載，M系列為；A系列為。
法國MaPe公司H系列液壓驅(qū)動(dòng)無游梁長沖程抽油機(jī)最大載荷為199kN。
蘇聯(lián)最大載荷為，最大泵深度。
加拿大最大氣囊平衡抽油機(jī)在大載荷。
（5）特種抽油機(jī)
①連續(xù)抽油桿抽油機(jī)
在國外連續(xù)抽油桿抽油機(jī)的研究和應(yīng)用，已經(jīng)有多年的歷史，并進(jìn)行了油田試驗(yàn)。原蘇聯(lián)設(shè)計(jì)的鋼帶式連續(xù)桿抽油機(jī)是一種無游梁抽油機(jī)，在其滾筒上繞有細(xì)廠的鋼帶，鋼帶的一端固定在滾筒上，而另一端直接連接在井下具有特殊結(jié)構(gòu)的抽油泵塞上。鋼帶在滾筒上卷繞和退繞使柱塞以一定的速度和運(yùn)動(dòng)范圍進(jìn)行。上、下沖程的換向通過動(dòng)力機(jī)的反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)。該機(jī)沖程一般很長，一般40到。
② ROTAFLEX型皮帶抽油機(jī)
ROTAFLEX型皮帶抽油機(jī)是美國HLGHLAND公司專利產(chǎn)品。它是以一種純機(jī)械傳動(dòng)的鏈條-皮帶抽油機(jī)，特別適合有桿泵的大排量深井提液，小泵提軸稠油開發(fā)。
4.3發(fā)展趨勢(shì)：
節(jié)能、增產(chǎn)、耐用，是抽油機(jī)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。人類面對(duì)資源環(huán)境壓力，問題已不是當(dāng)初的可以抽油就行的使用理念，更不以圖的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單就好。同其它機(jī)械一樣，隨著生產(chǎn)力的發(fā)展，原材料和工藝技術(shù)的進(jìn)步，抽油機(jī)也應(yīng)該與時(shí)俱進(jìn)的創(chuàng)新。
4.4主攻方向：
要達(dá)到節(jié)能、增產(chǎn)、耐用這三重目標(biāo)，必須面對(duì)機(jī)、電、井，從系統(tǒng)工程的角度研究實(shí)現(xiàn)方案，任何單一的改良，都很難取得實(shí)質(zhì)性的進(jìn)步。抽油機(jī)從表象看似一個(gè)很簡(jiǎn)單的粗笨機(jī)械，其實(shí)不然，它涉及機(jī)械原理、力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、流體學(xué)的經(jīng)典理論原理。它不光是實(shí)現(xiàn)自身的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，更多的是關(guān)聯(lián)著地下油液的滲透特性和活塞泵的充滿度。它風(fēng)吹、日曬、雨淋，是使用條件最苛刻的一種機(jī)械。它不僅只關(guān)聯(lián)自身的機(jī)械效率，而且更關(guān)聯(lián)油泵的充油效率。
5、主要研究?jī)?nèi)容、需重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問題及解決思路
本項(xiàng)目的研究?jī)?nèi)容為：
1）、詳細(xì)推導(dǎo)偏置抽油機(jī)四連桿機(jī)構(gòu)的在不同位置時(shí)的幾何關(guān)系、運(yùn)動(dòng)速度、加速度公式；
2）、詳細(xì)推導(dǎo)常規(guī)抽油機(jī)的承載機(jī)構(gòu)受力計(jì)算公式、扭矩計(jì)算公式、扭矩因素及光桿位置因素計(jì)算公式 、平衡計(jì)算公式、電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算公式；
3）、在沖程(S)為，沖次數(shù)(n)為，泵徑(D)為 的工作工況下，計(jì)算該抽油機(jī)的幾何參數(shù)、運(yùn)動(dòng)參數(shù)、動(dòng)力參數(shù)，并對(duì)抽油機(jī)的工作扭矩、平衡扭矩、凈扭矩、泵掛深度、理論日產(chǎn)量、實(shí)際日產(chǎn)量、有效沖程長度、電動(dòng)機(jī)功率、扭矩因素、光桿位置因素進(jìn)行計(jì)算，并上機(jī)計(jì)算；
4）、完成抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并對(duì)主要承載零件進(jìn)行校核計(jì)算，對(duì)皮帶傳動(dòng)裝置進(jìn)行必要地設(shè)計(jì)；
（2）畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的目標(biāo)及具體要求
1）、抽油機(jī)總圖一張
2）、游梁總成圖、驢頭總成圖、曲柄平衡裝置總成、連桿總成、支架總成、底座總圖、橫梁總圖各一張
3）、零件圖若干張
本項(xiàng)目的研究難點(diǎn)是：
API系列偏置抽油機(jī)各個(gè)部件摸的劃分，如何減少模塊的數(shù)量將是最重要的問題？從而減少抽油機(jī)制作過程中的工況。
本項(xiàng)目的創(chuàng)新點(diǎn)：
創(chuàng)新點(diǎn)在于首次將模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)用于API偏置抽油機(jī)的設(shè)計(jì)。不僅大幅度地提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量、減少制造工裝的數(shù)量；同時(shí)，降低產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期和成本。對(duì)于其他系列產(chǎn)品的設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)意義。
本項(xiàng)目的技術(shù)關(guān)鍵：
其關(guān)鍵在于API系列偏置抽油機(jī)四桿機(jī)構(gòu)尺寸的優(yōu)化設(shè)計(jì)以及虛擬制造技術(shù)在抽油機(jī)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。系列四桿機(jī)構(gòu)尺寸的確定直接決定了模塊分割的合理性以及模塊數(shù)量的多少。虛擬制造技術(shù)的應(yīng)用成功與否則決定了產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期能否真正減少以及設(shè)計(jì)輸出能否直接有效地用于生產(chǎn)。
6、完成畢業(yè)設(shè)計(jì)所必須具備的工作條件及解決辦法
工具書：
《采油機(jī)械設(shè)計(jì)計(jì)算》萬邦烈著
《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》 石油工業(yè)出版社
SY/T5044—2000《游梁式抽油機(jī)》技術(shù)規(guī)范
計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件：
機(jī)械autoCAD、InterCAD、ANSYS靜力學(xué)分析軟件及PRO/E三維造型軟件等
7、工作的主要階段、進(jìn)度與時(shí)間安排
畢業(yè)設(shè)計(jì)起止時(shí)間：
2007年3月25日~2007年6月15日
2007年3月26 日--2007年4月1 日：外文資料翻譯
2007年4月2 日--2007年4月8 日：偏置抽油機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算
2007年4月9 日--2007年4月15日：撰寫畢業(yè)論文開題報(bào)告及文獻(xiàn)綜述報(bào)告
2007年4月16 日--2007年5月27日：完成圖紙
2007年5月27 日--2007年6月15日：寫論文
8、指導(dǎo)教師審查意見