基于波動(dòng)方程的抽油機(jī)懸點(diǎn)動(dòng)力示功圖仿真

基于波動(dòng)方程的抽油機(jī)懸點(diǎn)動(dòng)力示功圖仿真

0桿機(jī)構(gòu)運(yùn)行效率的仿真研究梁式氣壓機(jī)的系統(tǒng)效率分為地面效率和鉆井效率，土壤效率分為機(jī)槍效率、皮碗速度效率和四桿機(jī)構(gòu)效率。測(cè)試結(jié)果表明，四桿機(jī)構(gòu)的效率僅為0.80。由驢頭旋轉(zhuǎn)的三用螺釘傳遞的四桿機(jī)構(gòu)的傳輸組成了四桿機(jī)構(gòu)的傳輸，理論傳輸效率約為0.95。顯然，測(cè)量的四桿機(jī)構(gòu)的效率明顯低于理論傳輸?shù)男?。目前，這一現(xiàn)象尚未進(jìn)行深入的理論研究。采用計(jì)算機(jī)模擬方法研究了影響游梁式四桿體運(yùn)行效率的主要因素，并對(duì)四桿體的運(yùn)營(yíng)效率路徑進(jìn)行了探討。1四桿機(jī)構(gòu)的平均輸入和輸出計(jì)算1.1四桿系統(tǒng)的平均輸出1.1.1抽油桿布置u#t參數(shù)的確定當(dāng)綜合考慮抽油桿柱所受的各種載荷時(shí),應(yīng)用波動(dòng)方程描述抽油桿柱的軸向振動(dòng),以懸點(diǎn)位移與泵端負(fù)荷為邊界條件,建立抽油桿柱動(dòng)態(tài)仿真的數(shù)學(xué)模型為式中:u為抽油桿柱任意截面x處的位移;E為抽油桿材料的彈性模量;A為抽油桿的橫截面積;L為下泵深度;a為聲波在抽油桿中的傳播速度;c為阻尼系數(shù);B(t)為泵端負(fù)荷時(shí)間函數(shù);u*(t)為任意時(shí)刻t懸點(diǎn)的位移,u*(t)的計(jì)算方法見(jiàn)文獻(xiàn).懸點(diǎn)載荷p為式中:ρr為抽油桿材料密度;ρL為油井液體密度.根據(jù)懸點(diǎn)載荷與位移可以繪出懸點(diǎn)示功圖.通過(guò)改變泵端負(fù)荷時(shí)間函數(shù)B(t),對(duì)井下抽油泵任意工作條件的懸點(diǎn)示功圖進(jìn)行仿真,見(jiàn)圖1.1.1.2懸點(diǎn)沖程所做的功能模型懸點(diǎn)平均功率NˉˉˉΝˉpr即為四桿機(jī)構(gòu)的平均輸出功率,為式中:T為懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)周期;va為懸點(diǎn)的瞬間速度;Au為懸點(diǎn)上沖程所做的功,即圖1中曲邊形oabceo所包圍圖形的面積;Ad為懸點(diǎn)下沖程所做的功,即圖1中曲邊形oadceo所包圍圖形的面積;An為懸點(diǎn)上下沖程所做的有用功,即圖1中曲邊形abcda所包圍圖形的面積.1.2四桿機(jī)構(gòu)的平均輸入功率1.2.1曲柄平衡質(zhì)量假設(shè)曲柄平衡游梁式抽油機(jī)的曲柄勻速轉(zhuǎn)動(dòng),則曲柄軸凈轉(zhuǎn)矩Mn為式中:TFˉˉˉˉˉΤFˉ為轉(zhuǎn)矩系數(shù);Bw為抽油機(jī)結(jié)構(gòu)不平衡質(zhì)量;ηcl為曲柄到抽油機(jī)懸點(diǎn)的瞬態(tài)傳動(dòng)效率(3對(duì)軸承的傳動(dòng)效率與鋼絲繩在驢頭上的纏繞效率之積,取ηcl=0.95);k1為因數(shù),當(dāng)va>0時(shí),k1=-1,當(dāng)va≤0時(shí),k1=1;Mc為曲柄平衡質(zhì)量的最大平衡轉(zhuǎn)矩;τ為曲柄平衡質(zhì)量偏置角;θ為曲柄轉(zhuǎn)角.1.2.2平均輸入功率曲柄軸平均輸出功率NˉˉˉΝˉbo即為四桿機(jī)構(gòu)的平均輸入功率,為式中:ω為曲柄勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度.2四桿系統(tǒng)平均運(yùn)營(yíng)效率的計(jì)算四桿機(jī)構(gòu)的平均運(yùn)行效率ηs為式中:α為懸點(diǎn)有效功因數(shù),α=An/(An+Ad).3懸點(diǎn)有效功因數(shù)對(duì)四桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)效率的影響應(yīng)用所建立的數(shù)學(xué)模型,編制四桿機(jī)構(gòu)平均運(yùn)行效率仿真的計(jì)算機(jī)軟件程序.在懸點(diǎn)有效功因數(shù)不同時(shí),四桿機(jī)構(gòu)的平均運(yùn)行效率隨四桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)效率的變化規(guī)律見(jiàn)圖2;在四桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)效率不同時(shí),四桿機(jī)構(gòu)的平均運(yùn)行效率隨懸點(diǎn)有效功因數(shù)的變化規(guī)律見(jiàn)圖3.由圖2,3中曲線變化規(guī)律可得:(1)游梁式抽油機(jī)四桿機(jī)構(gòu)的平均運(yùn)行效率低于其瞬態(tài)傳動(dòng)效率ηcl.在懸點(diǎn)上下沖程的一個(gè)工作周期內(nèi),四桿機(jī)構(gòu)存在著拖動(dòng)與被拖動(dòng)兩種工作狀態(tài).在懸點(diǎn)上沖程時(shí),曲柄軸為主動(dòng)件,拖動(dòng)四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng);而在懸點(diǎn)下沖程時(shí),懸點(diǎn)反而成為主動(dòng)件,并拖動(dòng)四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng),懸點(diǎn)下沖程時(shí)能量的反向流動(dòng)增加,四桿機(jī)構(gòu)的能量損失,從而降低四桿機(jī)構(gòu)的平均運(yùn)行效率.(2)在懸點(diǎn)有效功因數(shù)一定時(shí),四桿機(jī)構(gòu)的平均運(yùn)行效率隨四桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)效率的增加而增加;在四桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)效率一定時(shí),四桿機(jī)構(gòu)的平均運(yùn)行效率隨懸點(diǎn)有效功因數(shù)的增加而增加.(3)四桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)效率取決于抽油機(jī)的安裝質(zhì)量與軸承的潤(rùn)滑狀態(tài),因此,提高抽油機(jī)的安裝質(zhì)量與保持軸承的良好潤(rùn)滑可以提高四桿機(jī)構(gòu)的平均運(yùn)行效率.例如,在有效功因數(shù)為0.4時(shí),若使四桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)效率由0.94提高到0.96,則四桿機(jī)構(gòu)的平均運(yùn)行效率由0.80提高到0.86.(4)提高懸點(diǎn)的有效功因數(shù)可以明顯提高四桿機(jī)構(gòu)的平均運(yùn)行效率.懸點(diǎn)的有效功因數(shù)與懸點(diǎn)有效功成正比、與懸點(diǎn)下沖程所做的功成反比;懸點(diǎn)有效功與油井產(chǎn)液和動(dòng)液面成正比,而懸