工學石油工程與裝備課件第八章有桿抽油設(shè)備-第二節(jié)鏈條抽油機

第二節(jié)鏈條抽油機為了減輕游梁式抽油機重量、減小動載、加大沖程，設(shè)計了無游梁抽油機，有：鏈條式：用軌跡鏈條帶動抽油桿往復運動，抽油。

液壓式：用油缸驅(qū)動抽油桿往復運動，抽油。

頂部電機驅(qū)動式（新）：用電機正反轉(zhuǎn)，帶動抽油桿往復運動，抽油。

直線電機驅(qū)動抽油機（最新）：往復運動的電機帶動抽油桿往復運動，抽油。（第5次課）第二節(jié)鏈條抽油機（第5次課）1導輪配重箱活塞外配重箱導向輪抽油桿圖A鏈式液壓抽油機系統(tǒng)原理天車輪活塞桿Ⅰ.鏈式液壓抽油機系統(tǒng)工作原理導輪配重箱活塞外配重箱導向輪抽油桿圖A鏈式液壓抽油機系統(tǒng)2

Ⅰ.鏈式液壓抽油機系統(tǒng)工作原理活塞桿上端連接導輪，繞過導輪的鏈條一端固定在機架的上端，另一端過天車輪與抽油桿連接。

當活塞向上，抽油泵下沖程，內(nèi)、外配重抬高儲能。Ⅰ.鏈式液壓抽油機系統(tǒng)3當活塞向下，抽油泵上沖程，配重幫助升舉，抽油桿鏈條增程機構(gòu)實現(xiàn)長沖程。雙重力平衡箱，一個通過導輪與活塞桿端部的導輪鏈條連接；另一個外重力平衡箱通過2個導輪用鏈條連接，安裝在機架外側(cè)。當活塞向下，抽油泵上沖程，配重幫助升舉，抽油桿鏈條增程機4滾珠絲杠平衡箱滾珠螺母負荷皮帶懸繩器機架底座皮帶鉸接頭電動機皮帶傳動滾筒頂部護罩圖B螺旋傳動電機換向抽油機結(jié)構(gòu)簡圖Ⅱ.螺旋傳動電機換向抽油機滾珠絲杠平衡箱滾珠螺母負荷皮帶懸繩器機架底座皮帶鉸接頭電動機5

Ⅱ.螺旋傳動電機換向抽油機傳動原理螺旋傳動電機換向抽油機的傳動分為兩部分：

一部分是，立式電機通過皮帶傳動，直接驅(qū)動螺旋絲杠轉(zhuǎn)動。滾珠螺母與平衡箱固定在一起，螺旋絲杠轉(zhuǎn)動時滾珠螺母會帶動平衡箱沿螺旋絲杠做直線運動。將電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為平衡箱的直線運動。Ⅱ.螺旋傳動電機換向抽油機傳動原理6另一部分是，采用皮帶滾筒形式，負荷皮帶的一端與平衡箱鉸接在一起，另一端繞過設(shè)在抽油機頂部的滾筒通過懸繩器掛接抽油光桿，使平衡箱的直線運動傳遞給抽油光桿。另一部分是，采用皮帶滾筒形式，負荷皮帶的一端與平衡箱73—光桿卡子及光桿；4—機架；5—柔性聯(lián)接系統(tǒng)；6—上部傳感器；7—天輪系統(tǒng)；8—電機次級上部固定與調(diào)節(jié)裝置；9—電機次級；10—上部減震器及剎車系統(tǒng)；11—電機初級及配重；12—下部減震器圖C直線電機抽油機結(jié)構(gòu)示意Ⅲ.直線電機抽油機

電機的初級是抽油機的動力也是抽油機配重箱的組成部分。電機的初級通過鋼繩繞過天車輪與光桿相連，磁力作用下，往復運動。初級=定子；次級=轉(zhuǎn)子3—光桿卡子及光桿；4—機架；5—柔性聯(lián)接系統(tǒng)；6—上部傳感8

由江漢石油機械廠與中國石油大學（華東）機電工程學院研制的“直線電機抽油機。

由江漢石油機械廠與中國石油大學（華東）機電工程學院研9直線電機的原理并不復雜。設(shè)想把一臺旋轉(zhuǎn)運動的感應電動機沿著半徑的方向剖開，并且展平，這就成了一臺直線感應電動機。

在直線電機中，相當于旋轉(zhuǎn)電機定子的，叫初級；相當于旋轉(zhuǎn)電機轉(zhuǎn)子的，叫次級。初級中通以交流，次級就在電磁力的作用下沿著初級做直線運動。這時初級要做得很長，延伸到運動所需要達到的位置，而次級則不需要那么長。實際上，直線電機既可以把初級做得很長，也可以把次級做得很長；既可以初級固定、次級移動，也可以次級固定、初級移動。直線電機的原理并不復雜。設(shè)想把一臺旋轉(zhuǎn)運動的感應電動機沿10相當于旋轉(zhuǎn)電機的定子相當于旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)子可以是初級短次級長；也可是初級長次級短。1.直線電動機的結(jié)構(gòu)

相當于旋轉(zhuǎn)電機的定子相當于旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)子可以是初級短次級長；112.直線電動機原理直線電動機是由旋轉(zhuǎn)電動機演變而來的。當初級的多相繞組通入多相電流后，也會產(chǎn)生一個氣隙磁場，這個磁場的磁感應強度按通電的相序順序作直線移動，該磁場稱為行波磁場。2.直線電動機原理直線電動機是由旋轉(zhuǎn)電動機演變而來的。12在行波磁場切割下，次級導條將產(chǎn)生感應電勢和電流，所有導條的電流和氣隙磁場相互作用，產(chǎn)生切向電磁力F。

結(jié)果初級是固定不動的，那么，次級就順著行波磁場運動的方向作直線運動。2.直線電動機原理在行波磁場切割下，次級導條將產(chǎn)生感應電勢和電流，所有導條13

磁懸浮列車就是用直線電機來驅(qū)動的。

磁懸浮列車是將列車用磁力懸浮起來，使列車與導軌脫離接觸，以減小摩擦，提高車速。列車由直線電機牽引。直線電機的一個級固定于地面，跟導軌一起延伸到遠處；另一個級安裝在列車上。

初級通以交流，列車就沿導軌前進。列車上裝有磁體，磁體隨列車運動時，使設(shè)在地面上的線圈（或金屬板）中產(chǎn)生感應電流，感應電流的磁場和列車上的磁體（或線圈）之間的電磁力把列車懸浮起來。懸浮列車運行平穩(wěn)，無顛簸，噪聲小，所需牽引力很小。懸浮列車減速時，磁場的變化減小，感應電流也減小，磁場減弱，造成懸浮力下降。懸浮列車也配備了車輪裝置，它的車輪像飛機一樣，在行進時能及時收入列車，?？繒r可以放下來，支持列車。

磁懸浮列車就是用直線電機來驅(qū)動的。141.傳動部分：（電機、帶、輪、減速箱）2.換向部分：（主、被動鏈輪、往返架、軌跡鏈條）3.平衡部分：（平衡缸、平衡鏈輪、鏈條、壓縮機）4.懸吊部分：（天車、鋼繩或?qū)拵А依K器）

5.機架

一、鏈條抽油機結(jié)構(gòu)組成

（五大部分）傳動部分換向部分平衡部分懸吊部分1.傳動部分：一、鏈條抽油機結(jié)構(gòu)組成（五大部分）傳動部分15二、主要特點

1.采用軌跡鏈條換向機構(gòu)有：特殊鏈節(jié)、滑塊特殊鏈節(jié)：裝有主銷軸和滑塊滑塊：既帶往返架上下運動，又可在往返架中水平運動。2.

長沖程、慣性載荷?。▌蛩?、加速度?。┨厥怄湽?jié)滑塊二、主要特點特殊鏈節(jié)滑塊16

三、工作過程

電機→皮帶→減速器，驅(qū)動鏈輪旋轉(zhuǎn)→軌跡鏈，通過特殊鏈節(jié)、主銷軸、滑塊，帶動往返架作勻速直線運動。特殊鏈節(jié)自鏈輪左邊下行→往返架下行→達極限位置→特殊鏈節(jié)作復合運動，繞過鏈輪→達鏈輪右邊（完成滑塊在往返架中的水平運動）→上行→達上極限→特殊鏈節(jié)又繞過鏈輪達左邊。三、工作過程17

往返架的橫梁，連接著繞過天車的鋼繩（或?qū)拵В?，通過懸繩器（卡子）與光桿帶動抽油泵抽油。往返架的橫梁，連接著繞過天車的鋼繩（或?qū)拵Вㄟ^懸繩器18四、鏈抽懸點運動分析懸點運動規(guī)律與往返架運動規(guī)律完全相同。研究懸點運動規(guī)律歸結(jié)于往返架上、下運動規(guī)律。軌跡垂線AOO’D，由三段垂線組成。鏈輪以等旋轉(zhuǎn)，往返架從上死點A→下死點D。架下沖程＝懸點上沖程。四、鏈抽懸點運動分析19

1.AO段：

長＝

速度（正弦）

加速度（余弦）簡諧運動2.OO’段長＝兩鏈輪中心距，

勻速直線運動。3.O’D段長＝簡諧運動（架上沖程，懸點下沖程）1.AO段：（架上沖程，懸點下沖程）20[工學]石油工程與裝備課件第八章有桿抽油設(shè)備-第二節(jié)鏈條抽油機21五、鏈抽懸點載荷分析最大載荷發(fā)生在上沖程靜變形結(jié)束后的瞬間；最小載荷發(fā)生在下沖程靜變形結(jié)束后的瞬間。

（1）

（2）【上：桿伸長、管縮短，油重對桿加重、對管卸載；

下：桿縮短、管伸長,油重對桿減重、對管加載】

1.

靜載：游梁抽油機中已分析；

桿在油中重五、鏈抽懸點載荷分析1.

靜載：游梁22

2.

動載：兩部分

二者方向相反；（柱塞開始）運動速度。動載兩種情況：

和；—桿管靜變形；【懸點走過的行程，柱塞與泵筒才開始有相對運動，靜載才全部加到懸點上，動載才開始發(fā)生?！繄D1鏈條抽油機靜變形發(fā)生在不同處的意義

2.

動載：兩部分圖1鏈條抽油機靜變形發(fā)生在不同23圖1鏈條抽油機靜變形發(fā)生在不同處的意義

圖1鏈條抽油機靜變形發(fā)生在不同處的意義24（1）

產(chǎn)生在AO段（懸點上沖程開始的簡諧段。架下行）

產(chǎn)生在DO’段（懸點下沖程開始的簡諧段。架上行）

發(fā)生在簡諧段，架的運動有：

【懸點的運動規(guī)律與往返架的運動規(guī)律相同，（3）式為架AO段運動方程。】

（3）

懸點架架的運動受滑塊控制（1）【懸點的運動規(guī)律與往返架的運動規(guī)律相同，（3）式為架A25假如，當，某角

時，位移【前提

，靜變形結(jié)束時未超出簡諧段。在

時，架（懸點）位移等于桿和管靜變形之和】此時有：

由（4）式，，（靜變形終了時的速度、加速度）用

表示

（4）

（5）

假如，當，某角時，位移由（4）式26（5）的由來：【

】下沖程靜變形結(jié)束時，懸點，，公式（4），（5）適用。

上沖程：瞬時動載（靜變形結(jié)束后瞬間懸點載荷）

：威爾諾夫斯，精確解。靜變形終了時的速度

（6）

（4）式第一式（5）的由來：【27下沖程：瞬時動載（靜變形結(jié)束后瞬間懸點載荷）

式中，—桿、管變形分配系數(shù)，

—加速度傳播速度（5100m/s）

—流量過流斷面擴大影響系數(shù)，

,—速度、加速度（靜變形終了瞬間）

（6）

與有別下沖程：瞬時動載（靜變形結(jié)束后瞬間懸點載荷）式中，—28—桿在空氣中重（，

桿箍重影響）將、、、、、及（5）代入(6)得到（7）式：

三個系數(shù)：，有表達式：【；】

（7）

—桿在空氣中重（29

可（根據(jù)

）計算或查表。得到，即可求（）。

（2）懸點動載全部為組成（a=0）。（淺井自然

）動載公式簡化為：【（7）中

,】

（8）

（7）

30（3）設(shè)計原則：為滿足擴大使用范圍，下泵越深，也增加。為使鏈抽結(jié)構(gòu)緊湊（?。捎?。必須了解

下，動載大小及計算原則。

均發(fā)生在勻速段。等速段：OO’，O’O往返架即懸點的速度等于軌跡鏈輪切向速度。

加速度：

（3）均發(fā)生在勻速段。加速度：31將，代入（6），得動載計算式如（8）式：

（9）

結(jié)論：①當

，只有，無慣性載荷；

②

動載計算同；

③

正比于；

④靜變形

一定，只要滿足

為定值，選

大和

小或

小和

大，均使動載為定值。將，代入（6），得動載計算式如（8）式：（32

第二節(jié)鏈條抽油機為了減輕游梁式抽油機重量、減小動載、加大沖程，設(shè)計了無游梁抽油機，有：鏈條式：用軌跡鏈條帶動抽油桿往復運動，抽油。

液壓式：用油缸驅(qū)動抽油桿往復運動，抽油。

頂部電機驅(qū)動式（新）：用電機正反轉(zhuǎn)，帶動抽油桿往復運動，抽油。

直線電機驅(qū)動抽油機（最新）：往復運動的電機帶動抽油桿往復運動，抽油。（第5次課）第二節(jié)鏈條抽油機（第5次課）33導輪配重箱活塞外配重箱導向輪抽油桿圖A鏈式液壓抽油機系統(tǒng)原理天車輪活塞桿Ⅰ.鏈式液壓抽油機系統(tǒng)工作原理導輪配重箱活塞外配重箱導向輪抽油桿圖A鏈式液壓抽油機系統(tǒng)34

Ⅰ.鏈式液壓抽油機系統(tǒng)工作原理活塞桿上端連接導輪，繞過導輪的鏈條一端固定在機架的上端，另一端過天車輪與抽油桿連接。

當活塞向上，抽油泵下沖程，內(nèi)、外配重抬高儲能。Ⅰ.鏈式液壓抽油機系統(tǒng)35當活塞向下，抽油泵上沖程，配重幫助升舉，抽油桿鏈條增程機構(gòu)實現(xiàn)長沖程。雙重力平衡箱，一個通過導輪與活塞桿端部的導輪鏈條連接；另一個外重力平衡箱通過2個導輪用鏈條連接，安裝在機架外側(cè)。當活塞向下，抽油泵上沖程，配重幫助升舉，抽油桿鏈條增程機36滾珠絲杠平衡箱滾珠螺母負荷皮帶懸繩器機架底座皮帶鉸接頭電動機皮帶傳動滾筒頂部護罩圖B螺旋傳動電機換向抽油機結(jié)構(gòu)簡圖Ⅱ.螺旋傳動電機換向抽油機滾珠絲杠平衡箱滾珠螺母負荷皮帶懸繩器機架底座皮帶鉸接頭電動機37

Ⅱ.螺旋傳動電機換向抽油機傳動原理螺旋傳動電機換向抽油機的傳動分為兩部分：

一部分是，立式電機通過皮帶傳動，直接驅(qū)動螺旋絲杠轉(zhuǎn)動。滾珠螺母與平衡箱固定在一起，螺旋絲杠轉(zhuǎn)動時滾珠螺母會帶動平衡箱沿螺旋絲杠做直線運動。將電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為平衡箱的直線運動。Ⅱ.螺旋傳動電機換向抽油機傳動原理38另一部分是，采用皮帶滾筒形式，負荷皮帶的一端與平衡箱鉸接在一起，另一端繞過設(shè)在抽油機頂部的滾筒通過懸繩器掛接抽油光桿，使平衡箱的直線運動傳遞給抽油光桿。另一部分是，采用皮帶滾筒形式，負荷皮帶的一端與平衡箱393—光桿卡子及光桿；4—機架；5—柔性聯(lián)接系統(tǒng)；6—上部傳感器；7—天輪系統(tǒng)；8—電機次級上部固定與調(diào)節(jié)裝置；9—電機次級；10—上部減震器及剎車系統(tǒng)；11—電機初級及配重；12—下部減震器圖C直線電機抽油機結(jié)構(gòu)示意Ⅲ.直線電機抽油機

電機的初級是抽油機的動力也是抽油機配重箱的組成部分。電機的初級通過鋼繩繞過天車輪與光桿相連，磁力作用下，往復運動。初級=定子；次級=轉(zhuǎn)子3—光桿卡子及光桿；4—機架；5—柔性聯(lián)接系統(tǒng)；6—上部傳感40

由江漢石油機械廠與中國石油大學（華東）機電工程學院研制的“直線電機抽油機。

由江漢石油機械廠與中國石油大學（華東）機電工程學院研41直線電機的原理并不復雜。設(shè)想把一臺旋轉(zhuǎn)運動的感應電動機沿著半徑的方向剖開，并且展平，這就成了一臺直線感應電動機。

在直線電機中，相當于旋轉(zhuǎn)電機定子的，叫初級；相當于旋轉(zhuǎn)電機轉(zhuǎn)子的，叫次級。初級中通以交流，次級就在電磁力的作用下沿著初級做直線運動。這時初級要做得很長，延伸到運動所需要達到的位置，而次級則不需要那么長。實際上，直線電機既可以把初級做得很長，也可以把次級做得很長；既可以初級固定、次級移動，也可以次級固定、初級移動。直線電機的原理并不復雜。設(shè)想把一臺旋轉(zhuǎn)運動的感應電動機沿42相當于旋轉(zhuǎn)電機的定子相當于旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)子可以是初級短次級長；也可是初級長次級短。1.直線電動機的結(jié)構(gòu)

相當于旋轉(zhuǎn)電機的定子相當于旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)子可以是初級短次級長；432.直線電動機原理直線電動機是由旋轉(zhuǎn)電動機演變而來的。當初級的多相繞組通入多相電流后，也會產(chǎn)生一個氣隙磁場，這個磁場的磁感應強度按通電的相序順序作直線移動，該磁場稱為行波磁場。2.直線電動機原理直線電動機是由旋轉(zhuǎn)電動機演變而來的。44在行波磁場切割下，次級導條將產(chǎn)生感應電勢和電流，所有導條的電流和氣隙磁場相互作用，產(chǎn)生切向電磁力F。

結(jié)果初級是固定不動的，那么，次級就順著行波磁場運動的方向作直線運動。2.直線電動機原理在行波磁場切割下，次級導條將產(chǎn)生感應電勢和電流，所有導條45

磁懸浮列車就是用直線電機來驅(qū)動的。

磁懸浮列車是將列車用磁力懸浮起來，使列車與導軌脫離接觸，以減小摩擦，提高車速。列車由直線電機牽引。直線電機的一個級固定于地面，跟導軌一起延伸到遠處；另一個級安裝在列車上。

初級通以交流，列車就沿導軌前進。列車上裝有磁體，磁體隨列車運動時，使設(shè)在地面上的線圈（或金屬板）中產(chǎn)生感應電流，感應電流的磁場和列車上的磁體（或線圈）之間的電磁力把列車懸浮起來。懸浮列車運行平穩(wěn)，無顛簸，噪聲小，所需牽引力很小。懸浮列車減速時，磁場的變化減小，感應電流也減小，磁場減弱，造成懸浮力下降。懸浮列車也配備了車輪裝置，它的車輪像飛機一樣，在行進時能及時收入列車，?？繒r可以放下來，支持列車。

磁懸浮列車就是用直線電機來驅(qū)動的。461.傳動部分：（電機、帶、輪、減速箱）2.換向部分：（主、被動鏈輪、往返架、軌跡鏈條）3.平衡部分：（平衡缸、平衡鏈輪、鏈條、壓縮機）4.懸吊部分：（天車、鋼繩或?qū)拵?、懸繩器）

5.機架

一、鏈條抽油機結(jié)構(gòu)組成

（五大部分）傳動部分換向部分平衡部分懸吊部分1.傳動部分：一、鏈條抽油機結(jié)構(gòu)組成（五大部分）傳動部分47二、主要特點

1.采用軌跡鏈條換向機構(gòu)有：特殊鏈節(jié)、滑塊特殊鏈節(jié)：裝有主銷軸和滑塊滑塊：既帶往返架上下運動，又可在往返架中水平運動。2.

長沖程、慣性載荷?。▌蛩?、加速度小）特殊鏈節(jié)滑塊二、主要特點特殊鏈節(jié)滑塊48

三、工作過程

電機→皮帶→減速器，驅(qū)動鏈輪旋轉(zhuǎn)→軌跡鏈，通過特殊鏈節(jié)、主銷軸、滑塊，帶動往返架作勻速直線運動。特殊鏈節(jié)自鏈輪左邊下行→往返架下行→達極限位置→特殊鏈節(jié)作復合運動，繞過鏈輪→達鏈輪右邊（完成滑塊在往返架中的水平運動）→上行→達上極限→特殊鏈節(jié)又繞過鏈輪達左邊。三、工作過程49

往返架的橫梁，連接著繞過天車的鋼繩（或?qū)拵В?，通過懸繩器（卡子）與光桿帶動抽油泵抽油。往返架的橫梁，連接著繞過天車的鋼繩（或?qū)拵В?，通過懸繩器50四、鏈抽懸點運動分析懸點運動規(guī)律與往返架運動規(guī)律完全相同。研究懸點運動規(guī)律歸結(jié)于往返架上、下運動規(guī)律。軌跡垂線AOO’D，由三段垂線組成。鏈輪以等旋轉(zhuǎn)，往返架從上死點A→下死點D。架下沖程＝懸點上沖程。四、鏈抽懸點運動分析51

1.AO段：

長＝

速度（正弦）

加速度（余弦）簡諧運動2.OO’段長＝兩鏈輪中心距，

勻速直線運動。3.O’D段長＝簡諧運動（架上沖程，懸點下沖程）1.AO段：（架上沖程，懸點下沖程）52[工學]石油工程與裝備課件第八章有桿抽油設(shè)備-第二節(jié)鏈條抽油機53五、鏈抽懸點載荷分析最大載荷發(fā)生在上沖程靜變形結(jié)束后的瞬間；最小載荷發(fā)生在下沖程靜變形結(jié)束后的瞬間。

（1）

（2）【上：桿伸長、管縮短，油重對桿加重、對管卸載；

下：桿縮短、管伸長,油重對桿減重、對管加載】

1.

靜載：游梁抽油機中已分析；

桿在油中重五、鏈抽懸點載荷分析1.

靜載：游梁54

2.

動載：兩部分

二者方向相反；（柱塞開始）運動速度。動載兩種情況：

和；—桿管靜變形；【懸點走過的行程，柱塞與泵筒才開始有相對運動，靜載才全部加到懸點上，動載才開始發(fā)生?！繄D1鏈條抽油機靜變形發(fā)生在不同處的意義

2.

動載：兩部分圖1鏈條抽油機靜變形發(fā)生在不同55圖1鏈條抽油機靜變形發(fā)生在不同處的意義

圖1鏈條抽油機靜變形發(fā)生在不同處的意義56（1）

產(chǎn)生在AO段（懸點上沖程開始的簡諧段。架下行）

產(chǎn)生在DO’段（懸點下沖程開始的簡諧段。架上行）

發(fā)生在簡諧段，架的運動有：

【懸點的運動規(guī)律與往返架的運動規(guī)律相同，（3）式為架AO段運動方程。】

（3）

懸點架架的運動受滑塊控制（1）【懸點的運動規(guī)律與往返架的運動規(guī)律相同，（3）式為架A57假如，當，某角

時，位移【前提

，靜變形結(jié)束時未超出簡諧段。在

時，架（懸點）位移等于桿和管靜變形之和】此時有：

由（4）式，，（靜變形終了時的速度、加速度）用

表示

（4）

（5）

假如，當，某角時，位移由（4）式58（5）的由來：【

】下沖程靜變形結(jié)束時，懸點，，公式（4），（5）適用。

上沖程：瞬時動載（靜變形結(jié)束后瞬間懸點載荷）

：威爾諾夫斯，精確解。靜變形終了時的速度

（6）

（4）式第一式（5）的由來：【59下沖程：瞬時動載（靜變形結(jié)束后瞬間懸點載荷）

式中，—桿、管變形分