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新型曳引节能抽油机运动学分析及结构设计.doc

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新型曳引节能抽油机运动学分析及结构设计.doc

本科毕业设计(论文)本科毕业设计(论文)开题报告题目新型曳引节能抽油机运动学分析及结构设计学生姓名院(系)机械工程学院专业班级指导教师完成时间本科毕业设计(论文)1课题的意义常规游梁式抽油机自诞生以来,历经百年使用,经历了各种工况和各种地域油田的考验,经久不衰。目前仍在国内外油田普遍使用。常规机以其结构简单、制造容易、可靠性高、耐久性好、维修方便、适应现场工况等优点,在采油机械中占有举足轻重的地位。但是由于常规机的结构特征,决定了它平衡效果差,曲柄净扭矩脉动大,存在负扭矩、载荷率低、工作效率低和能耗大等缺点。它耗能高,操作调整难度大,很难保持最佳工作状态,早在40年前石油界就呼唤新型抽油机替代它。游梁式抽油机四连杆结构的运动方式,决定了它的平衡方式,不可能回收利用光杆下落的重力功,储存能量,解决机构运动“跟踪平衡”问题,所以负荷大、能耗高,机械效率低。在采油成本中,抽油机电费占30%左右,年耗电量占油田总耗电量的20~30%,为油田电耗的第二位,仅次于注水。随着高新技术的发展和采油工艺的需要,游梁式抽油机存在的能耗高,体积大,质量重以及平衡效果差,调参困难等缺陷逐步突显出来,因此游梁式抽油机已越来越不能满足日益发展的油田开发需要。在这种市场需求下,各种新型无游梁抽油机应运而生。为实现节能减排,提高抽油机生产的经济性,本文提出了一种新型曳引节能抽油机方案,该抽油机是由外转子稀土永磁同步电机、井架装置、旋转移动装置、平衡装置、电器控制柜防盗装置构成,该型抽油机删减了传统抽油机的减速箱、曲柄、连杆、横梁、游梁、驴头等机构,利用外转子壳电机作为带轮直接带动柔性索带进行抽油,具有节能、环保、高效、自动控制、低成本等显著特点。它的工作原理是利用低转速大力矩电机外转子的转动直接带动抽油杆采油,它的正反转是由变频器和可控硅按照预先人为设定的时间间隔自动控制的。由于该项目抽油机删除了大量附属机构,因此,结构特别简单、运输非常方便,机械效率特别高、节电、节约钢材、降低制造成本,从而达到减小动力配置、节约能源的目的。新型曳引节能抽油机节能、减排、高效、经济,特别适合长冲程、低冲次油井稠油的采吸,能够显著提高生产的经济性。2国内外研究现状目前,世界上生产抽油机的国家主要有美国、俄罗斯、法国、加拿大和罗马尼亚等。全世界生产抽油设备的公司有300多家,其中生产抽油机的公司有150多家。美国生产的抽油机品种最多,技术最先进,应用范围最广泛。其中包括液压抽油机、梅普长冲程抽油机、柔性件传动抽油机等等。目前,我国已经有兰州石油机械厂、兰州通用石油机械厂、宝鸡石油机械厂、第二石油机械厂、第三石油机械厂、第四石油机械厂、江汉石油机械厂、抚顺石油机械厂、大庆总机厂、玉门总机厂、大港总机厂等30多家抽油机制造厂。兰石、兰通等石油机械厂先后获得I商标使用许可证,抽油机出口美国,从而使抽油机打入国际市本科毕业设计(论文)场,跻身于世界先进行列。我国无游梁式抽油机研制起步较晚,但是近年来发展较快。抽油机的发展趋势主要朝以下几个方向(1)品种多样化国外相继研制和陆续投入使用的各种抽油机多达百余种,我国目前现场使用的抽油机只有五大类,规格不过十几种。随着科学技术发展和现场实际需要,我国三抽品种将逐渐增多,新型品种将相继诞生,尤其结构简单,个小体轻的大吨位长冲程的新型无游梁式抽油机,定会有以大发展。(2)产品系列化、标准化、通用化前苏联、美国、罗马尼亚等国“三化”工作获得一定技术成果,但我国的抽油机尚不够瞄准世界先进水平,向API靠近。统一国产抽油机标准,是发展我国抽油机技术的当务之急。(3)使用科学化美国拉夫金公司抽油机可选型号有60余种。而我国可选型号只有十几种。现场在用的抽油机,大多数是在非优化工况下运转,电机功率、减速器扭矩、悬点负荷、平衡扭矩、冲程、冲次等主要技术参数,未能实现最合理分配,因此,抽油机的优化技术、诊断技术、监控技术、管理技术将有待于进步发展。(4)特殊工况抽油机研制随着我国石油工业发展战略西部转移,沙漠抽油机、浅海滩涂抽油机、深井及超深抽油机、丛式井及斜井抽油机,将相应得到发展(5)结构型式的改进有关专家指出,今后在我国10型以下的抽油机将大量采用偏置结构,12型、14型抽油机将采用前置结构。14型以上抽油机将采用无游梁式抽油机,现有常规抽油机亦应进一步设计优化技术改造,长冲程抽油机将是今后抽油机发展方向。(6)推广无游梁式抽油机长冲程、大排量、重负荷有杆抽油是我国机采发展的主要方向,80年代以来,各种无梁式抽油机相继问世并投入使用,标志着我国有杆抽油机技术的发展有一个很高的提高。相关专家指出,今后我国12型以上抽油机将采用无梁式抽油机。无梁式在实现长冲程、大排量、重负荷的同时,还有体积小、重量轻、动载小、耗能低等一系列特点。(7)节能技术的研究近几年来,抽油机节能技术越来越引起人们的重视,除改进机采工作制度之外,在节能优化设计和节能技术改造方面,有许多工作可做,实施节能技术措施,推广节能技术将进一步发展。如采取甚高转差率电动机,采用节能监控装置,采用节能传动件和节能部件改进结构形式和改进平衡形式。本科毕业设计(论文)本课题正符合国内外研究趋势,通过改变常规游梁抽油机的平衡形式和结构形式,达到降低配置,节省能耗目的。3毕业设计(论文)的主要内容本论文设计需要解决的重点问题就是如何设计新型曳引节能抽油机的结构,使整个抽油机的结构合理,并能够相应地降低能耗。主要包括1认真查阅、收集资料,深刻理解论文所要设计的内容,在此基础上完成开题报告;2分析目前常规游梁式抽油机的缺点,提出新型曳引节能抽油机的总体结构设计方案;3根据提供的原始数据,并查阅相关资料,对抽油机运动学及动力学进行分析,得到悬点速度、加速度的公式,计算抽油机悬点动载荷,根据研究结果说明该抽油机的优越性;4设计曳引节能抽油机的机械结构,对主要零部件的性能进行校核;5画出装配图及零件图,设计图纸量不得少于3张0号图;6按照毕业设计规范,完成设计说明书(论文)的撰写工作,要求设计说明书总量大于2万字,并用计算机打印;7完成外文资料翻译,要求不少于15000个印刷符号。4所采用的方法手段及步骤本次设计为新型曳引节能抽油机运动学分析及结构设计,设计的步骤方法如下(1)首先了解常规游梁式抽油机的工作原理、结构特点,并进行新型曳引节能抽油机结构方案设计;(2)通过对新型曳引节能抽油机传动原理的分析,推导悬点速度、加速度等参数和抽油机其它参数的运动学方程;(3)确定悬点的动载荷、静载荷,减速箱曲柄轴扭矩的计算,选择电动机;(4)对传动系统进行结构设计;(5)对新型曳引节能抽油机进行结构设计;(6)对抽油机零部件进行结构设计;(7)绘制新型曳引节能抽油机的装配图;(8)绘制主要零部件的零件图。5阶段进度计划这次毕业设计的时间为2011年2月20日至2011年6月1日,结合导师的要求和自身的实际情况,决定以下设计进度第一阶段1周3周熟悉论文题目,查找资料,完成开题报告和英文翻译;本科毕业设计(论文)第二阶段4周10周推导运动学方程,设计传动系统结构、抽油机结构及各零部件结构;第三阶段11周14周绘制图纸,撰写论文;第四阶段15周16周准备答辩。参考文献1邬亦炯游梁式抽油机曲柄轴扭矩计算公式剖析J石油机械,1994,22535422奕庆德常规型抽油机尺寸参数设计J石油机械,1995,233693王常斌,陈涛平,王江,李庆红游梁式抽油机悬点运动参数的计算J大庆石油学报,1998,22123254华剑,李传梁随动复合游梁平衡抽油机运动学研究J石油矿场机械,2009,38413155崔旭明,高桐,闵志缤,陈平,雪松基于结构优化和复合平衡的常规游梁抽油机节能改造J大庆石油学院学报,2008,3251181206张晓玲,于海迎抽油机的节能技术及其发展趋势J石油和化工节能20072467崔晓华,崔雅桂,薛庆平,李绍华,吴文举复合平衡游梁式抽油机的节能效果分析J大庆石油学院学报2002,26468708刘牧洲,张勇,邱露,梁克军随动平衡游梁式抽油机设想J新疆石油科技2007,17442439张自学,兆文清,王钢国内外新型抽油机M北京石油工业出版社,199410孙恒,陈作模机械原理M北京高等教育出版社,200611纪名刚,濮良贵机械设计第八版M北京高等教育出版社,200612万邦烈采油机械的设计计算M北京石油工业出版社,198813甘永立几何量公差与检测M上海上海科学技术出版社,200314刘鸿文材料力学M北京高等教育出版社,200315李继志,陈荣振石油钻采机械概论M中国石油大学出版社,200616邬亦炯,刘卓钧抽油机M北京石油工业出版社,199417张建军,李向齐,石慧宁游梁式抽油机设计计算M北京石油工业出版社,2005本科毕业设计(论文)指导教师意见该同学能充分理解毕业设计任务书,按照毕业设计任务书的要求进行研究。研究内容新颖,具有一定实用性,国内外现状分析合理,查阅资料较为广泛,研究方法切实可行,工作量适中,难度适中,开题报告书写格式规范,因此同意开题。指导教师签名年月日系(教研室)意见主任签字年月日本科毕业设计(论文)新型曳引节能抽油机运动学分析及结构设计摘要针对目前常规游梁式抽油机能耗大的现状,提出一种新型新型曳引节能抽油机。新型曳引节能抽油机以机架为载体,采用外转子稀土永磁同步电机为动力,由变频控制器提供变频后的低频电流供给外转子稀土永磁同步电机,使电机在超低转速下输出大扭矩。通过改变电流的频率可以改变电机的转速;改变电流的方向可以改变电机的转向。电机直接驱动安装在两侧的曳引轮,依靠正压力和摩擦力带动钢丝绳及动滑轮悬点载荷和配重作往复运动,进而带动抽油杆和抽油泵采油。在本文中,首先对新型曳引节能抽油机进行了运动学和动力学分析,得到了悬点速度、加速度和载荷的计算公式,并设计了新型曳引节能抽油机的整体结构。由于使用了高效的永磁同步电动机,减少了电机损耗,也提高了系统的总体效率。最后对新型曳引节能抽油机的零部件进行了设计,并绘制了装配图和零件图。关键词新型抽油机;曳引;节能;结构设计

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