液壓抽油機(jī)畢業(yè)論文[1]

1、 大慶石油學(xué)院華瑞學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 目 錄 第 1 章 緒論1.1 目前機(jī)械采油現(xiàn)狀及存在問題1 1.2 抽油機(jī)的發(fā)展與節(jié)能2 1.3 在役游梁式抽油機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究4 1.4 本次設(shè)計(jì)意義4 新機(jī)型的方案設(shè)計(jì)6 第 2 章 新機(jī)型的方案設(shè)計(jì) 2.1 傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)6 2.2 基本參數(shù)的擬定8 2.3 主要結(jié)構(gòu)尺寸確定16 新機(jī)型的運(yùn)動(dòng)分析17 第 3 章 新機(jī)型的運(yùn)動(dòng)分析 3.1 運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析17 3.2 計(jì)算結(jié)果對比19 3.3 運(yùn)動(dòng)性能分析19 新機(jī)型的動(dòng)力分析21 第 4 章 新機(jī)型的動(dòng)力分析 4.1 抽油機(jī)扭矩分析21 4.2 電動(dòng)機(jī)選擇分析24 4.3 節(jié)電效果分析26

2、新機(jī)型的應(yīng)用分析27 第 5 章 新機(jī)型的應(yīng)用分析 5.1 新機(jī)型抽油機(jī)的意義27 5.2 新機(jī)型抽油機(jī)的特點(diǎn)28 結(jié)論31 參考文獻(xiàn)32 致謝33 大慶石油學(xué)院華瑞學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第1章 緒 論 1.1 目前機(jī)械采油現(xiàn)狀及存在問題 抽油機(jī)是油田有桿抽油系統(tǒng)的地面驅(qū)動(dòng)設(shè)備,它是有桿抽油系統(tǒng)的地面動(dòng)力 傳動(dòng)設(shè)備， 也是石油開采的主要設(shè)備,原油生產(chǎn)井使用抽油機(jī)將蘊(yùn)藏在地下的石油 通過抽油管抽出。 據(jù)統(tǒng)計(jì)在油田生產(chǎn)成本中約有三分之一為電能消耗,而抽油機(jī)消 耗的電能約占總電能消耗的 80%,對抽油機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能 改造,可帶來相當(dāng)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。是構(gòu)成“三抽”系統(tǒng)的主要組

3、成部分，抽油機(jī) 的產(chǎn)生和使用已經(jīng)有了一百多年的歷史。發(fā)展到現(xiàn)在，抽油機(jī)的種類主要有游梁 式抽油機(jī)和無游梁式抽油機(jī)兩大類。其中游梁式抽油機(jī)的應(yīng)用最為廣泛，各個(gè)產(chǎn) 油國仍然在大量使用。游梁式抽油機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，可靠性高，操作 維護(hù)方便，適應(yīng)現(xiàn)場工況，使用壽命長并且一次性投資少等特點(diǎn)，在今后相當(dāng)時(shí) 間內(nèi)仍然是油田首選的采油設(shè)備。但是由于常規(guī)機(jī)本身結(jié)構(gòu)特征，決定了它平衡 曲柄凈扭矩脈動(dòng)大，存在負(fù)扭矩，載荷率低，工作效率低和能耗大等缺點(diǎn)。隨著 很多油田逐漸進(jìn)入開發(fā)的中后期，油井含水量不斷上升，使生產(chǎn)成本不斷增加， 常規(guī)游梁抽油機(jī)已經(jīng)不能滿足需要，因此需要開發(fā)各種新型節(jié)能抽油機(jī)來滿足降 低成本，

4、節(jié)能降耗。近 20 年來，世界抽油機(jī)技術(shù)發(fā)展較快，科研人員研究開發(fā)了 多種新型抽油機(jī)，特別無梁式抽油機(jī)的出現(xiàn)解決了很多常規(guī)機(jī)出現(xiàn)的弊端。這些 新機(jī)型的特點(diǎn)是：增加了抽油機(jī)的適應(yīng)性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性和先進(jìn)性；改善了抽 油機(jī)的性能，提高了抽油效率，減少了動(dòng)力消耗；提高了抽油機(jī)的平衡效果，改 善了抽油機(jī)的動(dòng)力特性、運(yùn)動(dòng)特性、提高了抽油機(jī)的平衡效果，增加了抽油機(jī)的 使用范圍，減少抽油機(jī)的體積和質(zhì)量，強(qiáng)化了抽油機(jī)的自動(dòng)化和智能化程度。因 此，研制開發(fā)新型節(jié)能抽油機(jī)是當(dāng)前亟待解決的問題。 目前，有桿泵抽油機(jī)是油田的主要采油設(shè)備，其不但使用數(shù)量大，用電量大， 而且系統(tǒng)效率低，節(jié)電潛力巨大，雖然也有很多節(jié)能型抽

5、油機(jī)用于油田，也確實(shí) 起到了一定的節(jié)能效果，但由于多方面原因，大部分節(jié)能機(jī)不能很好的適應(yīng)油田 的生產(chǎn)，具體有以下 5 種原因：部分新型機(jī)的易損件不是通用件，壞了之后不 便維修。部分新型機(jī)造價(jià)太高，油田投資巨大。目前各種新型抽油機(jī)，傳動(dòng) 元件的使用壽命尚不理想。實(shí)踐證明，新型抽油機(jī)的可靠性是決定抽油機(jī)成敗的 關(guān)鍵。油田工人一時(shí)很難熟悉一些新型機(jī)，日常維護(hù)困難。一些新型機(jī)雖然 節(jié)能但維修費(fèi)用高，入不敷出 1 。 1 大慶石油學(xué)院華瑞學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 大慶油田是全國最大的油田，目前油田常用的抽油機(jī)包括：常規(guī)游梁式抽油 機(jī)、前置式抽油機(jī)、異相曲柄抽油機(jī)、偏置式抽油機(jī)、擺桿式抽油機(jī)、雙驢頭式

6、抽油機(jī)、復(fù)合輪式抽油機(jī)、摩擦換向式抽油機(jī)、六連桿增程式抽油機(jī)、偏輪式抽 油機(jī)、B 游梁式抽油機(jī)等等。部分新型節(jié)能抽油機(jī)正在實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，由于大部分新 型抽油機(jī)各有優(yōu)缺點(diǎn)，所以還沒有大批量投入使用 近年來，隨著大慶油田老區(qū)塊開發(fā)的不斷深入，油田含水率迅速上升，開發(fā) 經(jīng)濟(jì)效益逐年下降，剩余未動(dòng)用儲(chǔ)量絕大部分是有效厚度較小、儲(chǔ)量豐度較低的 難采儲(chǔ)量。目前，企業(yè)在資金緊張、降低基本建設(shè)投資和控制生產(chǎn)成本的情況下， 對于老區(qū)塊應(yīng)何時(shí)改變采油方式，才能延長油田的經(jīng)濟(jì)開采期；新區(qū)塊如何根據(jù) 其地質(zhì)條件，選擇最佳的舉升方式，使油田獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益，是企業(yè)面臨的 新問題。因此，開展機(jī)械采油方式優(yōu)選評價(jià)研究很有必要

7、。 游梁式抽油機(jī)的有桿泵全系統(tǒng)的總效率在國內(nèi)一般地區(qū)平均只 12%-23%， 系 統(tǒng)效率低，能耗大，耗電就多。此外，隨著老油田油井的注水開發(fā)，油田己進(jìn)入 高含水采油期。不斷提高產(chǎn)液量，以液保油，這是注水開采油田保證原油穩(wěn)產(chǎn)的 必要趨勢。這種開采特點(diǎn)要求抽油機(jī)的沖程越長越好，使得在役的常規(guī)游梁式抽 油機(jī)機(jī)型偏小，在一定程度上已經(jīng)不能滿足長沖程、低沖次的要求。 偏置式節(jié)能抽油機(jī)是國內(nèi)油田目前使用最多的節(jié)能型抽油機(jī)。 80 年代中后 自 期，在我國石油礦場上廣泛推廣應(yīng)用了偏置式抽油機(jī)。該機(jī)保持了常規(guī)抽油機(jī)的 基本結(jié)構(gòu)，與常規(guī)游梁式抽油機(jī)相比，該機(jī)的游梁后臂縮短，減速箱相對于支架 位置后移。 1.2

8、抽油機(jī)的發(fā)展及節(jié)能 抽油機(jī)的發(fā)展趨勢主要朝以下幾個(gè)方向： (1)大型化方向 隨著世界油氣資源的不斷開發(fā)，開采油層深度逐年增加，石油含水量也不斷 增大，采用大泵提液采油工藝和開采稠油等，都要求采用大型抽油機(jī)。所以，近 年來國外出了許多大載荷抽油機(jī)，例如前置式氣平衡抽油機(jī)最大載荷 213KN、氣 囊平衡抽油機(jī)最大載荷 227KN 等，將來會(huì)有更大載荷抽油機(jī)出現(xiàn)。 (2)低能耗方向 為了減少能耗，提高經(jīng)濟(jì)效益，近年來研制與應(yīng)用了許多節(jié)能型抽油機(jī)。如 異相雙驢頭抽油機(jī)、擺桿抽油機(jī)、漸開線抽油機(jī)、摩擦換向抽油機(jī)、液壓抽油機(jī) 及各種節(jié)能裝置和控制裝置。 (3)朝著高適應(yīng)性方向發(fā)展 現(xiàn)在抽油機(jī)應(yīng)具備較高的適

9、應(yīng)性，以便拓寬使用范圍。例如適應(yīng)各種自然地 理和地質(zhì)構(gòu)造條件抽油的需要；適應(yīng)各種成份石油抽汲的需要；適應(yīng)各種類型油 2 大慶石油學(xué)院華瑞學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 井抽汲的需要；適應(yīng)深井抽汲的需要；適應(yīng)長沖程的需要；適應(yīng)節(jié)電的需要；適 應(yīng)精確平衡的需要；適應(yīng)無電源和間歇抽汲的需要。 (4)朝著長沖程無游梁式抽油機(jī)方向發(fā)展 近年來國內(nèi)、外研制與應(yīng)用了多種類型的長沖程抽油機(jī)，其中包括增大沖程 游梁式抽油機(jī)，增大沖程無游梁式抽油機(jī)和長沖程無游梁式抽油機(jī)。實(shí)踐與理論 表明，增大沖程無游梁式抽油機(jī)式增大沖程抽油機(jī)的發(fā)展方向，長沖程無游梁式 抽油機(jī)是長沖程抽油機(jī)的發(fā)展方向。 (5)朝著自動(dòng)化和智能化方向發(fā)

10、展 近年來，抽油機(jī)技術(shù)發(fā)展的顯著標(biāo)志是自動(dòng)化和智能化。BAKER 提升系統(tǒng) 公司、DELIA0-X 公司、APS 公司等研制了自動(dòng)化抽油機(jī)，具有保護(hù)和報(bào)警功能， 實(shí)時(shí)測得油井運(yùn)動(dòng)參數(shù)及時(shí)顯示與記錄，并通過綜合計(jì)算分析，得出最優(yōu)工況參 數(shù)，進(jìn)一步指導(dǎo)抽油在最優(yōu)工況抽油。NSCO 公司職能抽油機(jī)采用微處理機(jī)和自 適應(yīng)電子控制器進(jìn)行控制與監(jiān)測，具有抽油效率高、節(jié)電、功能多、安全可靠、 經(jīng)濟(jì)性好、適應(yīng)性強(qiáng)等 優(yōu)點(diǎn) 2 。 總而言之，抽油機(jī)將朝著節(jié)能降耗并具有自動(dòng)化、智能化、長沖程、大載荷、 精確平衡等方向發(fā)展。 抽油機(jī)節(jié)能技術(shù)目前主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行研究： (1)改進(jìn)抽油機(jī)結(jié)構(gòu)。這種方法主要是通過對

11、抽油機(jī)四桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和改 變抽油機(jī)平衡方式來改變抽油機(jī)曲柄凈扭矩曲線的形狀和大小， 使扭矩波動(dòng)平緩， 從而減小抽油機(jī)的周期載荷系數(shù)，提高電動(dòng)機(jī)的工作效率，達(dá)到節(jié)能的目的。 (2)采用節(jié)能驅(qū)動(dòng)設(shè)備。這種方法是從研究電機(jī)的特性入手，研究開發(fā)新型的 電動(dòng)機(jī)，使之與采油井井況相匹配，進(jìn)而達(dá)到提高電動(dòng)機(jī)的效率和功率因數(shù)的目 的，即采用高轉(zhuǎn)率的電動(dòng)機(jī)(轉(zhuǎn)差率 8%13%)和朝高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)代替常規(guī)轉(zhuǎn)差 電動(dòng)機(jī)(轉(zhuǎn)差率5%)。另外，還有采用節(jié)能配電箱來實(shí)現(xiàn)節(jié)電的。 (3)采用節(jié)能控制裝置。如 DCS 系列抽油機(jī)多功能程控裝置、間抽定時(shí)控制。 (4)采用節(jié)能原部件。如窄 V 型帶傳動(dòng)或同步帶傳動(dòng)等。 (5

12、)改進(jìn)平衡方式。如采用氣動(dòng)平衡或天平平衡等。 (6)改進(jìn)“三抽”系統(tǒng)部件。有采用抽油桿導(dǎo)向器、空心抽油桿、減震式懸 件，都可提高三抽系統(tǒng)的工作效率，達(dá)到節(jié)能的目的。 (7)采用高效節(jié)能泵，提高泵效，降低百米噸耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能 46 。 總之，近年來抽油機(jī)節(jié)能技術(shù)的研究己經(jīng)成為科技攻關(guān)的方向。以上七種方 法取得了顯著的節(jié)能效果。 1.3 在役游梁式抽油機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究 3 大慶石油學(xué)院華瑞學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 游梁式抽油機(jī)是石油開采的主要設(shè)備,也是主要耗能設(shè)備,其驅(qū)動(dòng)電機(jī)負(fù)載率 通常都小于 30%。這種情況的存在,使電能的利用率降低,增加了電能的損耗。目 操作維修方便、 使用壽命長等原因,仍為

13、各大 前,常規(guī)游梁式抽油機(jī)因其結(jié)構(gòu)簡單、 油田的主要采油設(shè)備,其數(shù)量約占抽油機(jī)總數(shù)的 50%左右。 但因其主體結(jié)構(gòu)為鉸鏈 四連桿機(jī)構(gòu),其運(yùn)動(dòng)速度、加速度峰值、扭矩因數(shù)峰值、曲柄軸凈扭矩峰值都較大, 扭矩曲線波動(dòng)亦較大,存在負(fù)扭矩,因此能耗較大,對在役常規(guī)游梁式抽油機(jī)進(jìn)行節(jié) 能技術(shù)改造具有非常重要的意義。方便的前提下,建立了常規(guī)游梁式抽油機(jī)運(yùn)動(dòng) 學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析的數(shù)學(xué)模型,分析得出常規(guī)游梁式抽油機(jī)四桿機(jī)構(gòu)中游梁后臂 C、 連桿 P 以及曲柄半徑 R 的減小都可以降低扭矩因數(shù)峰值,減小所需最大平衡扭矩, 使減速箱曲柄軸凈扭矩曲線變得平緩,波動(dòng)減小。因此,三種優(yōu)化方案,分別為優(yōu)化 游梁后臂 C;優(yōu)化游

14、梁后臂 C 和連桿 P;優(yōu)化游梁后臂 C、連桿 P 和曲柄半徑 R。采 用了遺傳算法分別對三種方案進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),由優(yōu)化結(jié)果分析可得,優(yōu)化后抽油 機(jī)懸點(diǎn)速度、 加速度、 扭矩因數(shù)峰值都降低了,在原有最大平衡扭矩的作用下,平衡 度都有明顯的提高,且極位夾角均增大了,工作制度變?yōu)榉菍ΨQ循環(huán),同時(shí)曲柄軸凈 扭矩峰值都有明顯的減小。三種優(yōu)化方案中,通過對比分析得出,對游梁后臂 C 進(jìn) 行改造不僅可以節(jié)約改造成本,且改動(dòng)件少,現(xiàn)場安裝方便,電機(jī)輸出功率可由原來 的 11.77kw 減小到 9.88kw,節(jié)電率為 15.95%,達(dá)到節(jié)能降耗要求,為最佳改造方案。 其二可以變頻調(diào)速和功率因數(shù)閉環(huán)控制：這種游

15、梁式抽油機(jī)節(jié)能裝置的硬件部分 以 AT89C51 單片機(jī)為核心,包括主電路、控制電路、驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路、功率因 數(shù)檢測電路和能量回饋電路等部分。 主電路采用交-直-交電壓型結(jié)構(gòu);控制電路部 分由脈寬調(diào)制芯片 SA866AE 產(chǎn)生 SPWM 控制信號(hào)。 AT89C51 單片機(jī)控制部分由顯示 電路、鍵盤電路、復(fù)位電路、記憶電路、功率因數(shù)計(jì)算電路和頻率輸出電路等組 成;驅(qū)動(dòng)電路選用 IGBT 專用驅(qū)動(dòng)模塊 EXB841 進(jìn)行控制信號(hào)的放大;保護(hù)電路實(shí)現(xiàn) 過流過壓保護(hù)、 短路保護(hù)等功能。 軟件部分包括 SA866AE 外接 EEPROM 初始化參數(shù) 的設(shè)計(jì)、單片機(jī)控制程序和電機(jī)軟啟動(dòng)程序,軟件采用匯

16、編語言編程。 論文最后 對所設(shè)計(jì)的部分電路進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析。 勝利油田現(xiàn)場運(yùn)行測試結(jié)果表明,該裝置可 以使三相交流異步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)大幅提高,綜合節(jié)電率達(dá)到 26.58%,節(jié)能效果 明顯。 1.4 本次設(shè)計(jì)意義 目前，我國開采石油耗電指標(biāo)與國外先進(jìn)水平相比，還有很大差距，我國抽 油機(jī)的運(yùn)行效率特別低，平均效率僅為 25.96%，而國外平均水平為 30.05%，年 節(jié)能潛 力可達(dá)幾十億千瓦時(shí),盡管研制和應(yīng)用了一些節(jié)能抽油機(jī)，但是由于使用 4 大慶石油學(xué)院華瑞學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 數(shù)量不多，其總耗電量還是很大的，近年來，我國研制的新型抽油機(jī)，幾乎都具 有高效節(jié)能特點(diǎn)，目前，在用的抽油機(jī)系統(tǒng)效率

17、一般在 20%30%之間，因此，開 展新型抽油機(jī)，替換常規(guī)機(jī)型是大勢所趨，隨著油田的不斷開發(fā)，地層能量逐漸 消耗，為了保證原油的穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)，機(jī)械采油己經(jīng)成為廣泛采用的一種方法。我 國有機(jī)采油井 5 萬多口，占油井總數(shù)的 80%左右，抽油機(jī)井的耗電量占總耗電量 的四分之一， 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，如果將抽油機(jī)井的系統(tǒng)效率提高 5%，年節(jié)電 2010e8 千瓦時(shí)，這不僅 可節(jié)約大量資金，而且，還可以緩解油田電力緊張狀況。 當(dāng)今世界，資源日益匱乏，為了人類的繼續(xù)生存， “節(jié)約”成為永遠(yuǎn)不變的一 個(gè)主題，本設(shè)計(jì)既是針對“節(jié)能降耗”要求展開的。其理論

18、意義在于找出機(jī)械采 油中節(jié)能降耗的技術(shù)關(guān)鍵和理論依據(jù)，對現(xiàn)有抽油機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化和創(chuàng)新，設(shè)計(jì) 出雙輪直平式抽油機(jī)結(jié)構(gòu)，使其提高油田采油效率，降低能量損失，具有較高經(jīng) 濟(jì)效益。雙輪直平式抽油機(jī)是油田采油機(jī)械中的新型設(shè)備，對它進(jìn)行深入研究， 必然使采油機(jī)械中又增添新品種，因而具有較高的理論意義。如果推廣本成果， 必將為油田生產(chǎn)提供新的動(dòng)力，對穩(wěn)產(chǎn)增效，節(jié)能降耗，發(fā)展油田生產(chǎn)有很重要 的應(yīng)用價(jià)值。 5 大慶石油學(xué)院華瑞學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第 2 章 新機(jī)型的方案設(shè)計(jì) 2.1 傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì) 2.1.1 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 盡管抽油機(jī)的種類很多，但是在油田上被普遍采用的抽油機(jī)種類并不多。目 最廣泛的是

19、機(jī)械平衡式抽油機(jī)。它主要由游梁、驢頭、橫梁、連桿、曲柄、減速 機(jī)構(gòu)、支架、底座，懸繩器、平衡重及原動(dòng)機(jī)等組成。因此，根據(jù)油田上被普遍 采用的常規(guī)式抽油機(jī)以及國內(nèi)、外現(xiàn)行的節(jié)能抽油機(jī)實(shí)現(xiàn)動(dòng)作所依賴的機(jī)構(gòu)，將 機(jī)構(gòu)方案定為四連桿。傳動(dòng)方案如圖 2-1 所示。 圖 2-1 雙輪直平式抽油機(jī)運(yùn)動(dòng)簡圖 雙輪直平式抽油機(jī)區(qū)別于常規(guī)游梁式抽油機(jī)的地方如下： (1)雙輪 常規(guī)抽油機(jī)的驢頭用來將游梁前端的往復(fù)圓弧運(yùn)動(dòng)變?yōu)槌橛蜅U的垂直直線往 復(fù)運(yùn)動(dòng)，我們將常規(guī)游梁式抽油機(jī)的游梁以及驢頭部分改成雙輪機(jī)構(gòu)，這樣就簡 化了結(jié)構(gòu)，并且能夠滿足運(yùn)動(dòng)要求。為了滿足沖程的要求，我們可以讓輪旋轉(zhuǎn)較 大角度，這樣，大轉(zhuǎn)角乘以小半徑

20、仍然能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)定的沖程。 (2)平衡重 由于常規(guī)游梁式抽油機(jī)上、下沖程的載荷很不均勻，上沖程時(shí)，驢頭需要提 6 大慶石油學(xué)院華瑞學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 起抽油桿柱和油柱，而下沖程時(shí)，抽油桿依靠自重就可以下落，這樣使發(fā)動(dòng)機(jī)做 功極不均勻，為了使上、下沖程發(fā)動(dòng)機(jī)做功均勻，采用了平衡重結(jié)構(gòu)。游梁式抽 油機(jī)平衡重可分為游梁平衡重和曲柄平衡重。 而雙輪直平式抽油機(jī)采用直接平衡， 即平衡重直接連接在輪上，這樣就大副降低了懸點(diǎn)負(fù)荷，改善了連桿、曲柄的受 力狀態(tài)。 (3)極位夾角 抽油機(jī)在整個(gè)工作過程中所要承受的載荷相當(dāng)大，并且還要保證抽油機(jī)的工 作壽命，所以就要降低抽油桿的運(yùn)動(dòng)速度。因此，采用了極位夾角

21、，即在整個(gè)周 期中，上沖程時(shí)間較長，下沖程時(shí)間較短。 (4)電動(dòng)機(jī) 電動(dòng)機(jī)是抽油機(jī)的動(dòng)力源。由于常規(guī)游梁式抽油機(jī)負(fù)扭矩大以及扭矩波動(dòng)不 平緩，而造成了電動(dòng)機(jī)工作不平穩(wěn)、工作效率較低的現(xiàn)象。雙輪直平式抽油機(jī)采 用在輪上直接平衡的方法，使電動(dòng)機(jī)在整個(gè)抽油過程中所要克服的扭矩就大為減 少，那么電動(dòng)機(jī)的實(shí)際功耗和裝機(jī)功率均有大幅下降。 (5)結(jié)構(gòu)尺寸 在設(shè)計(jì)的過程中始終注意現(xiàn)行抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)尺寸，讓雙輪直平式抽油機(jī)盡量 比現(xiàn)行抽油機(jī)型結(jié)構(gòu)簡單，以便于雙輪直平式抽油機(jī)的制造、加工和維護(hù)，這樣 有利于該機(jī)型的市場經(jīng)濟(jì)效益。 2.1.2 傳動(dòng)原理 如圖 2-l 所示，1 為電動(dòng)機(jī)、2 為 V 帶、3 為減速器

22、、4 為曲柄、5 為連桿、6 為平衡重、7 為雙輪、8 為鋼絲繩。電動(dòng)機(jī)通過三角皮帶傳動(dòng)帶動(dòng)減速箱，電動(dòng)機(jī) 的速度經(jīng)減速箱減速后，再通過曲柄、連桿、輪將減速箱輸出軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)?輪的往復(fù)旋運(yùn)動(dòng)，輪的往復(fù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)抽油桿作上下往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。 圖 2-2 傳動(dòng)原理圖 實(shí)際上雙輪直平式抽油機(jī)的傳動(dòng)原理與常規(guī)機(jī)是一樣的，雙輪的后輪相當(dāng)于 常規(guī)機(jī)的游梁后臂，前輪相當(dāng)于常規(guī)機(jī)的游梁前臂，抽油桿變成了彈性鋼繩。主 要運(yùn)動(dòng)部件如圖 2-2 所示。圖中 1 是曲柄，2 是連桿，3 是后輪。 7 大慶石油學(xué)院華瑞學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 2.1.2 傳動(dòng)特點(diǎn) (1)該機(jī)采用雙輪結(jié)構(gòu)代替了常規(guī)游梁式抽油機(jī)的游

23、梁，并且是雙跨式，這樣 有利于修井作業(yè)，使之不必讓開井口。 (2)該機(jī)采用無游梁直接驅(qū)動(dòng)，縮短了傳動(dòng)鏈，使傳動(dòng)效率提高到 90%。 (3)平衡重直接連接在輪上，大副降低了懸點(diǎn)負(fù)荷，改善了連桿、曲柄的受力 狀態(tài)，使連桿和曲柄不易發(fā)生斷裂，增加了使用壽命，提高了該機(jī)的安全可靠性。 (4)增大了極位夾角，實(shí)現(xiàn)了“上慢下快”的運(yùn)動(dòng)方式，增加了泵的充滿度， 提高了產(chǎn)液量。 (5)由于采用了無游梁驅(qū)動(dòng)，該機(jī)的整體結(jié)構(gòu)比常規(guī)游梁式抽油機(jī)更加簡單。 2.2 基本參數(shù)擬定 抽油設(shè)備的功用就是從一定的井深處抽出一定的數(shù)量的原油，所以，井深和 產(chǎn)量就標(biāo)志著抽油設(shè)備的工作范圍。為了達(dá)到這兩個(gè)目標(biāo)，對抽油機(jī)的工作能力

24、提出了四方面的要求，它們分別是懸點(diǎn)（掛抽油桿處）的最大懸點(diǎn)載荷、懸點(diǎn)最 大沖程長度、懸點(diǎn)最大沖程次數(shù)和減速箱曲柄軸的最大允許扭矩。這就是抽油機(jī) 的基本參數(shù)，下面分別來分析。 2.2.1 懸點(diǎn)最大載荷確定 懸點(diǎn)載荷是表明抽油機(jī)工作能力的重要參數(shù)之一，也是抽油機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)和選 擇使用的主要根據(jù)。目前，懸點(diǎn)的最大允許載荷 Pmax 從 58kN 到 150280kN。 根據(jù)懸點(diǎn)最大允許載荷 Pmax 的變化范圍，可把抽油機(jī)分為下列幾種： 輕型抽油機(jī)： Pmax 30kN 中型抽油機(jī)：30kN Pmax 100kN 重型抽油機(jī)： Pmax 100Kn P桿 P油 當(dāng)抽油泵工作時(shí)，抽油機(jī)的懸點(diǎn)上作用有以下

25、六項(xiàng)載荷 7 9 ： (1)抽油桿柱自重 P桿 (它在油中的重量為 P桿 )，作用方向向下； (2)油管內(nèi)、柱塞上的油柱重 P油 (即柱塞面積減去抽油桿面積上的油柱重)， 作用向向下； 8 大慶石油學(xué)院華瑞學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) (3)油管外油柱對柱塞下端的壓力 P壓 ， P壓 的大小取決于泵的沉沒度，作用方 向向上； (4)抽油桿柱與油柱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的慣性載荷 P桿慣 和 P油慣 ，它們的大小與懸點(diǎn)加速 度的小成正比，而作用方向與加速度的方向相反； (5)抽油桿柱與油柱運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的振動(dòng)載荷 P油 ， 油 的大小和方向都是變化的； P (6)柱塞與泵筒間、抽油桿和油管的半干摩擦力 P摩干 ，抽

26、油桿柱與油柱間、油 柱與管間以及油流通過抽油泵游動(dòng)閥的液體摩擦力 P摩液 ， P摩液 和 P摩干 的作用方向 與抽油桿運(yùn)動(dòng)方向相反，其中游動(dòng)閥的液體摩擦力只在泵下沖程、游動(dòng)閥打開時(shí) 產(chǎn)生，所以它的作用方向只向上。 上述(1)、(2)、(3)三項(xiàng)載荷與抽油桿的運(yùn)動(dòng)無關(guān)，稱為靜載荷；(4)、(5)兩項(xiàng) 載荷與抽油桿的運(yùn)動(dòng)有關(guān)，稱為動(dòng)載荷；(6)項(xiàng)載荷也與抽油桿的運(yùn)動(dòng)有關(guān)，但是 在直井、 油管蠟少和原油粘度不高的情況下， 它們在總作用載荷中占的比重很小， 約占 2%5%，一般可以略去不計(jì)。下面分別討論以上幾種載荷： 抽油機(jī)在空氣中的重量 P桿 為： P桿 = f 桿 桿 Lg = f 桿 桿 L (

27、2-1) 油管內(nèi)、柱塞上的油柱重 P油 為： P油 = F f 桿 ) 液 Lg = ( F f 桿 ) 液 L （ 抽油桿載油中的重量 P桿 為： P桿 = f 桿 桿 液）Lg = f 桿 桿 液）L （ （ (2-3) (2-2) 油井中動(dòng)液面以上斷面積等于柱塞面積的油柱的重量 P油 為： （ P油 = F f 桿 ) 液 ( L g) = ( F f 桿 ) 液 ( L H ) 式中 3 桿 抽油桿材料的密度，kg/ m ； (2-4) 液 抽汲液體的密度， kg/ m 3 ； N/ m 3 ； 桿 抽油材料的重度， 9 大慶石油學(xué)院華瑞學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 液 抽汲液體的重度，

28、 F 泵柱塞的面積， f 桿 抽油桿截面積， N/ m 3 ； m2 ； m； L抽油桿長度或下泵深度， m； 下面分別對上沖程、下沖程、上死點(diǎn)、下死點(diǎn)四種情況進(jìn)行分析，見圖 2-1 所示。 (1)上沖程 當(dāng)懸點(diǎn)從下死點(diǎn)向上移動(dòng)時(shí)，如圖 2-1a 所示，游動(dòng)閥在柱塞上部油柱的壓力 下而關(guān)閉，而固定閥在柱塞下面泵筒內(nèi)、外壓差的作用下打開。由于游動(dòng)閥關(guān)閉， 使懸點(diǎn)承受抽油桿自重 P桿 和柱塞上油柱重 P油 ，這兩個(gè)載荷的作用方向都向下。 同時(shí)，由于固定閥打開，使油管外-定沉沒度的油柱對柱塞下表面產(chǎn)生向上的壓力 P壓 。因此，上沖程時(shí)懸點(diǎn)的靜載荷為： P靜上 = P桿 + P油 P壓 = 桿 f 桿

29、 L + 油 F f 桿）L 油 h 沉 F （ = f 桿 L( F f 桿 ) + F ( L h 沉 ) 油 = P桿 + P油 (2)下沖程 (2-5) 當(dāng)懸點(diǎn)載荷由上死點(diǎn)向下移動(dòng)時(shí)，如圖 2-1b 所示，游動(dòng)閥在上、下壓力差作 用下打開，而固定閥在泵筒內(nèi)、外壓力差作用下關(guān)閉。游動(dòng)閥打開，使懸點(diǎn)只承 固定閥關(guān)閉， 受抽油桿柱在液體中的重量 P桿 ， 使油柱重量轉(zhuǎn)移到固定閥和油管上。 因此，下沖程時(shí)懸點(diǎn)的靜載荷 P靜下 為： P靜下 = P桿 (2-6) 對抽油桿來說，上死點(diǎn)懸點(diǎn)載荷瞬時(shí)發(fā)生變化，由下沖程的 P靜下 變到上沖程 P靜上 ，增加了 P 其大小為 P油 ，載荷增加使油桿伸長，

30、伸長的大小為 桿 ： 桿 = 式中 PL P油 L = Ef 桿 Ef 桿 (2-7) E鋼材的彈性模數(shù)，2.1 1011 N/ m 2 。 10 大慶石油學(xué)院華瑞學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) a上沖程 b下沖程 圖 2-1 懸點(diǎn)載荷作用 在伸長變形完成以后，載荷 P 才全部加在抽油桿或懸點(diǎn)上。實(shí)際上，在抽 油桿柱受載伸長的過程中，驢頭已經(jīng)開始上沖程。當(dāng)懸點(diǎn)向上走了距離 桿 時(shí)，由 于同時(shí)產(chǎn)生的油桿柱伸長的結(jié)果，使柱塞還停留在原來的位置，即柱塞相對泵筒 沒有運(yùn)動(dòng)，因而不抽油。如圖 2-2C 所示。 對油管柱來說，下沖程時(shí)，由于游動(dòng)閥打開和固定閥關(guān)閉，整個(gè)油柱重量都 由柱塞和抽油桿柱承擔(dān)，而油管柱

31、上就沒有這個(gè)載荷的作用了。因此，在抽油柱 加載的同時(shí)油管柱卸載。卸載引起油管柱的縮短，直到縮短變形完畢以后，油管 柱的載荷才全部卸掉。油管柱縮短的大小 管 為： 管 = 式中 P油 L Ef 管 (2-8) f 管 油管管壁的斷面積， m 2 ； 這樣一來，雖然懸點(diǎn)帶著柱塞向上移動(dòng)，但是由于油管柱的縮短，使油管柱 的下端也跟著柱塞向上移動(dòng)，柱塞相對泵筒沒有運(yùn)動(dòng)，還不能抽油，如圖 2-2d 所 示。一直到懸點(diǎn)經(jīng)過一段 管 以后，柱塞才開始抽油。 11 大慶石油學(xué)院華瑞學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 上沖程 a) 下沖程 b） c） d） e） 圖 2-2 抽油桿柱和油管柱變形過程 (3)上死點(diǎn) 經(jīng)分

32、析表明：懸點(diǎn)從下死點(diǎn)到上死點(diǎn)雖然走了 S，但由于抽油桿柱和油管柱 的靜變形，使抽油泵柱塞的有效沖程長度 S 效 比 S 小： S 效 =S- (2-9) 而靜變形 為： = 桿 + 管 = 式中 f P油 L P油 L P油 L + = （1 + 桿 ） 桿 = Ef 桿 Ef 管 E f管 (2-10) = 1 稱為變形分配系數(shù)，一般可取 0.60.9。 f桿 1+ f管 (4)上死點(diǎn) 它和下死點(diǎn)情況恰恰相反。這時(shí)對抽油桿柱來說，靜載荷由上沖程的 抽油桿因而縮短了 桿 。 P靜上 P靜下 P油 桿 管 S 效 變到下沖程的 P靜下 ， 減小了油柱重 P油 ， 因此，當(dāng)懸點(diǎn)向下走了 桿 時(shí)，由

33、于抽油桿柱的縮短，柱塞在井下原地不動(dòng)，它對 泵筒不產(chǎn)生相對運(yùn)動(dòng)， 因而不能排油。 而對油管柱來說， 因?yàn)榧虞d P油 而伸長了 桿 ， 12 大慶石油學(xué)院華瑞學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 油管(或泵筒)好象跟著柱塞往下走。所以，在懸點(diǎn)再走完入 管 以前，柱塞和泵筒 還不能產(chǎn)生相對運(yùn)動(dòng)， 也不會(huì)排油。 因此， 在排油過程中， 柱塞的有效沖程長度 S效 比懸點(diǎn)沖程長度 S 減小了一個(gè)同樣的靜變形 值。 上、下沖程中懸點(diǎn)載荷隨懸點(diǎn)位移的變化規(guī)律用圖 2-3 來表示，這種圖形稱 為靜力示功圖。 圖 2-3 靜力示功圖 圖中 AB 斜線表示懸點(diǎn)上沖程開始時(shí)載荷由柱塞傳遞到懸點(diǎn)的過程。 線相 EB 當(dāng)于柱塞與

34、泵筒沒有發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)時(shí)懸點(diǎn)上行的距離，即 EB= 。當(dāng)全部載荷都 作用到懸點(diǎn)以后，靜載荷就不再變化而成水平線 BC，到達(dá)上死點(diǎn) C 為止。CD 段 表示抽油桿柱的卸載過程。卸載完畢后，懸點(diǎn)又以一個(gè)不變的靜載荷向下運(yùn)動(dòng)， 成為水平線 DA 而回到 A。 根據(jù)大慶地區(qū)的實(shí)際情況：泵掛 1000m，沉沒度 300m，泵徑 70mm，抽油桿 直徑 25mm，沖程 S=3m，沖次 n=9 次min，含水 0.9； f 桿 = d 2 4 = 25 2 5 10 6 4 = 4.90 10 4 m 2 桿 = 7850 9.8） m 3 = 76930 N m 3 （ N 油 = 950 9.8） m 3

35、 = 9310 N m 3 （ N F = d 2 4 = 70 70 10 6 4 = 38.5 10 4 m 2 L=1000m 13 大慶石油學(xué)院華瑞學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) h 沉 = 300m P靜上 = f 桿 L（ 桿 油） 油 F（L h 沉） + P靜上 = 4.90 10 10 1000 76930 9310） 9310 38.5 10 4 1000 300） （ + （ P靜上 = 33133.8 + 25090 = 5.8 10 4 N 所以： (1)上沖程： P靜上 = f 桿 L（ 桿 油） 油 F（L h 沉） 5.8 10 4 N + = (2)下沖程： P靜

36、下 = P桿 = f 桿 L（ 桿 油） 3.3 10 4 N = (3)下死點(diǎn)： = 桿 = 0.26m (4)上死點(diǎn)： =0.26m 2.2.2 懸點(diǎn)最大沖程長度 S maz 懸點(diǎn)最大沖程長度主要決定了抽油機(jī)的產(chǎn)量。在石油機(jī)械中，應(yīng)用的懸點(diǎn)最 大沖程長度 S maz 從 0.3 到 10 米，而最為廣泛的是在 6 米以下。 根據(jù)大慶地區(qū)現(xiàn)行抽油機(jī)的情況，本機(jī)型的最大沖程長度設(shè)計(jì)在 3.00 米。 2.2.3 懸點(diǎn)最大沖程次數(shù) nmax 懸點(diǎn)的最大沖程次數(shù)表明了抽油機(jī)的抽汲工況。最大沖程次數(shù) nmax 和懸點(diǎn)最 大沖程長度 S maz 一起確定了抽油機(jī)的最大產(chǎn)量 （當(dāng)泵徑一定時(shí)） 目前實(shí)際應(yīng)

37、用的 。 最大沖次從 2 min 1 到 20 min 1 由于抽油桿的折斷次數(shù)與之成正比，因此限制了沖 次的提高。 根據(jù)大慶地區(qū)的現(xiàn)行抽油機(jī)的情況， 本機(jī)型的最大沖程次數(shù) nmax 定為 9 min 1 。 14 大慶石油學(xué)院華瑞學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 2.2.4 減速箱曲柄軸的最大允許扭矩 M max 曲柄軸的最大允許扭矩與懸點(diǎn)載荷、懸點(diǎn)最大沖程長度以及懸點(diǎn)的最大沖程 次數(shù)有著一定的關(guān)系。特別是和懸點(diǎn)最大沖程長度成正比。懸點(diǎn)沖程長度越大， 曲柄軸上的最大允許扭矩就越大。曲柄軸的最大允許扭矩也確定了減速箱的尺寸 和重量。 根據(jù)減速箱的最大允許扭矩 M max ,抽油機(jī)可分為： 小扭矩：

38、M max 10KN.m 中等扭矩：10KN.m M max 30KN.m 大扭矩： 30KN.m60KN.m 將扭矩與沖程次數(shù)相乘可得抽油機(jī)的功率。按照抽油機(jī)的功率可將抽油機(jī)分 為： 小功率： N max 5kw 中等功率：5kw N max 25kw 大功率： 25kw100kw 如圖 2-4 所示，常規(guī)游梁式抽油機(jī)由于采用的是曲柄處平衡，懸點(diǎn)的最大載 荷主要取決于抽油桿柱和油柱的重量，其 上沖程的最大懸點(diǎn)載荷可達(dá) 60kN，因此可 稱之為重型抽油機(jī)。而本機(jī)型采用了在輪 處直接平衡，這樣在上下沖程的載荷都只 相當(dāng) 20kN 左右， 也就是只相當(dāng)于常規(guī)式抽 油機(jī)的最大懸點(diǎn)載荷的 1 3.減速

39、箱曲柄軸 上的扭矩的計(jì)算公式, 上，所以： 上沖程時(shí)，根據(jù)平衡原理： M = MP MC 圖 2-4 力平衡圖 15 由于平衡重在輪 大慶石油學(xué)院華瑞學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 下沖程時(shí)，此時(shí) M C 比 M P 大，根據(jù)平衡原理： M= M C - M P 式中 M所需扭矩； M C 平衡重產(chǎn)生的扭矩； M P 懸點(diǎn)載荷產(chǎn)生的扭矩。 本機(jī)型所采用的在輪處直接平衡，在上下沖程的懸點(diǎn)載荷都被平衡重所平衡 一部分或全部平衡， 所達(dá)到的效果是只相當(dāng)于常規(guī)式抽油機(jī)的最大懸點(diǎn)載荷的 1/3, 并且在整個(gè)工作過程中 M 的值波動(dòng)較小 13 。 2.3 主要結(jié)構(gòu)尺寸確定 在設(shè)計(jì)這個(gè)抽油機(jī)的過程中，我們本著在

40、原機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)，盡可能的 保證與原有結(jié)構(gòu)一樣，因此設(shè)計(jì)出的抽油機(jī)的零件與常規(guī)機(jī)的零件具有通用性， 很多部分的結(jié)構(gòu)與常規(guī)機(jī)結(jié)構(gòu)相似，這樣對于工人操作沒有更多或者更高要求。 對于結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算，為了準(zhǔn)確，采用了計(jì)算機(jī)繪圖和計(jì)算編程來實(shí)現(xiàn)，只 需賦值銷子所在半徑，曲柄長，以及極位夾角計(jì)算機(jī)會(huì)自動(dòng)算出連桿的長度，然 后結(jié)合 AUTOCAD 繪圖就能給出各個(gè)具體尺寸。 如表 2-1 所示本機(jī)型的主要結(jié)構(gòu)尺寸。 表 2-1 抽油機(jī)的主要結(jié)構(gòu)尺寸 垂直中心距（m） 水平中心距（m） 游梁前臂長（懸點(diǎn)半徑） （m） 游梁后臂長（銷子作用半徑） （m） 極位夾角（） 連桿長度（m） 中心連線長（m） 輪轉(zhuǎn)

41、角（） 曲柄回轉(zhuǎn)半徑（m） 沖程（m） 沖次（min 1 4.10 2.70 1.50 1.70 13 4.25 4.9636 133 1.0 3.0 ） 9 16 大慶石油學(xué)院華瑞學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第 3 章 新機(jī)型的運(yùn)動(dòng)分析 3.1 運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析 在分析懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)，目前一般采用兩種分析方法：一是簡化分析方法； 二是精確分析方法。簡化分析方法可分為兩種：一種是簡化為簡諧運(yùn)動(dòng)；而是簡 化為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。簡化分析方法的研究結(jié)果可用于一般計(jì)算和分析。但是做精 確的分析計(jì)算和抽油機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，則有必要按精確分析方法來研究抽油機(jī)的實(shí) 際運(yùn)動(dòng)規(guī)律 12 。 在精確分析抽油機(jī)運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)，復(fù)變

42、矢量法是一種比較簡單的方法。根據(jù)所 設(shè)計(jì)的抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)，我們對其進(jìn)行了簡化。如圖 4-1 所示為雙輪直平式抽油機(jī) 的運(yùn)動(dòng)分析簡圖。下面我們就對它進(jìn)行具體的運(yùn)動(dòng)分析 12 圖 3-1 運(yùn)動(dòng)分析 (1)曲柄轉(zhuǎn)角從 12 點(diǎn)鐘位置算起，角速度沿順時(shí)針方向時(shí)取為正值。 (2)各桿件的參考角 2、 3、 4 等角度均從基桿算起，并且沿逆時(shí)針方向取為 正值。 圖中幾何關(guān)系為： = sin 1 ( 1 K ) (3-1) 17 大慶石油學(xué)院華瑞學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 2 = 2 + L= R 2 + K 2 2 RK cos 2 (3-2) (3-3) (3-4) = sin 1 ( R L sin 2

43、 ) 2 2 2 3 = cos 1P + L C 2CL 2 2 2 4 = cos 1P L C 2CL (3-5) (3-6) 圖 3-1 中各矢量有如下關(guān)系式： R+ P = K + C _ _ _ _ (3-7) 上述矢量方程用復(fù)變矢量可表示為： Re i 2 + Pe i 3 = K + Ce i 4 (3-8) 將上式兩邊對時(shí)間求導(dǎo)可得： R 2 ie i 2 + P 3ie i3 = K + C 4 ie i 4 (3-9) 或： R 2 i cos 2 P 2 sin 2 + P 3i cos 3 P 3 i sin 3 = C 4 i cos 4 C 4 i sin 4 (

44、3-10) 令方程兩邊實(shí)部和虛部對應(yīng)相等，則可得如下方程組 R 2 cos 2 + P 3 cos 3 = C 4 cos 4 P 2 sin 2 + P 3 sin 3 = C 4 sin 4 (3-11) (3-12) 將上述聯(lián)立方程兩邊對時(shí)間 t 求導(dǎo)，可求得速度，即： 3 = 4 = R 2 sin( 4 2 ) P sin( 3 4 ) R 2 sin( 3 2 ) C sin( 3 4 ) (3-13) (3-14) 將上面兩式對時(shí)間 t 求導(dǎo)，可求得加速度，即： 3 = 3 2 ( 3 4 ) cot( 3 4 ) + ( 4 2 ) cot( 4 2 ) 2 2 4 = ( 3

45、 4 ) cot( 3 4 ) + ( 2 3 ) cot( 2 3 ) 2 4 (3-15) (3-16) 18 大慶石油學(xué)院華瑞學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 懸點(diǎn)速度 Vc 及加速度 c 可由下式算出： Vc = 4 A c = 4 A (3-17) 3.2 計(jì)算結(jié)果對比 經(jīng)過上面的分析，通過計(jì)算機(jī)計(jì)算得出結(jié)果，并與 CYJ10-3-53HB 常規(guī)游梁 式抽油機(jī)的運(yùn)動(dòng)性能進(jìn)行對比如下： 表 3-1 運(yùn)動(dòng)性能對比表 CYJ10-3-53HB 最大加速度 max （m/ s ） 2 雙輪直平式抽油機(jī) 1.651 下降率 18.4% 2.024 最小加速度 min ( m/ s ) 2 -1.18

46、0 -1.014 -14.1% 最大速度 Vmax （m/s） 最小速度 Vmin （m/s） 1.512 1.093 27.71% -1.396 -1.781 27.75% 從上表可以看出：最大加速度下降了 18.4%，最大速度下降了 27.7%，改善 了運(yùn)動(dòng)性能，加速度的降低減小了抽油桿柱和油柱慣性載荷對懸點(diǎn)載荷的影響， 降低了懸點(diǎn)載荷，改變了受力狀態(tài)，使該機(jī)的可靠性能增大，同時(shí)懸點(diǎn)載荷降低 可以使曲柄銷的受力變小，減小了曲柄軸上的扭矩。因此，可以減小電動(dòng)機(jī)的能 耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。 3.3 運(yùn)動(dòng)性能對比 在實(shí)際井況參數(shù)下，雙輪直平式抽油機(jī)與常規(guī)游梁式抽油機(jī) CYJ10-3-53HB 的運(yùn)動(dòng)曲線

47、對比如圖 3-2、圖 3-3 所示，井況參數(shù)見表 3-2 表 3-2 井況參數(shù) 沖程(m) 3 沖次(次) 9 泵掛(m) 960.8 沉沒度(mm) 82.3 泵徑(mm) 56 桿徑(mm) 22 管徑(mm) 63.5 19 大慶石油學(xué)院華瑞學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 常規(guī)游梁式抽油機(jī) CYJ10-3-53HB： 位移： 3.000m 速度： Vmaz =1.521 m s Vmin =-1.396 m s Amin =-1.180 m s 2 加速度： Amax =2.024 m s 2 圖 3-2 CYJ10-3-53HB 型游梁式抽油機(jī)運(yùn)動(dòng)曲線 雙輪直平式抽油機(jī)： 位移： 速度：

48、S maz =3.000m Vmaz =1.093 m s Vmin =-1.781 m s Amin =-1.014 m s 2 加速度： Amax =1.651 m s 2 圖 3-3 雙輪直平式抽油機(jī)運(yùn)動(dòng)曲線 20 大慶石油學(xué)院華瑞學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第 4 章 新機(jī)型的動(dòng)力分析 4.1 抽油機(jī)扭矩分析 為了使懸點(diǎn)一定的載荷 P 和一定的抽汲方式（S 和 n）工作，減速箱曲柄軸 就需要給出一定的扭矩， 因此減速箱曲柄軸扭矩是游梁式抽油機(jī)的基本參數(shù)之一。 實(shí)踐證明，減速箱曲柄軸扭矩的大小和懸點(diǎn)載荷，各桿件長度的比值和抽油機(jī)的 平衡情況有密切關(guān)系。它的合理確定對減速箱的設(shè)計(jì)、電動(dòng)機(jī)功

49、率的選擇和抽油 設(shè)備正常工作條件的保證有重要意義，下面首先研究一下減速箱曲柄軸扭矩的大 小和變化規(guī)律，然后根據(jù)扭矩來確定抽油機(jī)所需要配備的電動(dòng)機(jī)的額定功率。 減速箱曲柄軸上靜扭矩的計(jì)算公式： M = MP MC 式中 (4-1) M P 懸點(diǎn)載荷扭矩， M P = TF P ； M C 平衡重等效的扭矩 在常規(guī)式抽油機(jī)中： TF = ( L1 r sin ) ( L2 sin ) 由于常規(guī)式抽油機(jī)的平衡中是放在曲柄上進(jìn)行平衡載荷，因此： M C = M C sin (為曲柄轉(zhuǎn)角) (4-2) (4-3) 在本機(jī)型中 TF 與常規(guī)抽油機(jī)是一樣的，差別是在平衡重的等效扭矩上，由于 本機(jī)型的平衡重是

50、在輪上，在整個(gè)過程中沒有變化。因此平衡重的等效扭矩可直 接計(jì)算： M C =GR (4-4) 平衡重的確定：在上沖程的時(shí)候，連桿帶動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)，即把懸點(diǎn)向上提升，這 個(gè)時(shí)候，平衡重能夠平衡一部分的懸點(diǎn)載荷，在下沖程的時(shí)候，相當(dāng)于懸點(diǎn)拖動(dòng) 平衡重向下運(yùn)動(dòng)， 這個(gè)時(shí)候平衡重的重量大于懸點(diǎn)載荷， 連桿是推動(dòng)輪向下運(yùn)動(dòng)， 這個(gè)時(shí)候連桿的力相當(dāng)于是在推動(dòng)平衡重的一部分在向下運(yùn)動(dòng)，為了在整個(gè)過程 中使扭矩的波動(dòng)較小，使發(fā)動(dòng)機(jī)在上沖程和下沖程所做的功盡量相等。 21 大慶石油學(xué)院華瑞學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 圖 4-1 抽油機(jī)的靜力示功圖 利用圖 4-1 的抽油機(jī)靜力示功圖進(jìn)行計(jì)算： L1 = GR M C

51、= P桿 L1 + P桿 L1）2 （ GR = P桿 L1 + P油 L1）2 （ G = P桿 L1 + P油 L1）2 R （ 由于在前面的計(jì)算： P桿 =33133.8N (4-5) P油 =25090N R=1.7 L1 =1.5m 可得： M C =68.52kN.m G=40.305kN mC =4.11t（平衡重的質(zhì)量） 通過采用計(jì)算機(jī)編程計(jì)算，輸入已知常數(shù)和任意轉(zhuǎn)角，計(jì)算機(jī)會(huì)自動(dòng)為你 計(jì)算出該角的扭矩因數(shù)以及轉(zhuǎn)角時(shí)的扭矩值，根據(jù)所計(jì)算的扭矩值，畫出該機(jī)的 扭矩曲線圖，如圖 4-2 所示，對比于常規(guī)游梁式抽油機(jī)扭矩曲線，如圖 4-3 所示。 22 大慶石油學(xué)院華瑞學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)