毕业设计（论文）-常规游梁式抽油机设计.doc

常规游梁式抽油机设计1摘要常规型抽油机，是机械采油设备中问世最早，应用最广泛，结构最简单的设备。抽油机是石油工业中的一项重要组成部分，在抽油机驱动下，带动其他设备运转，实现油井的机械式开采。主要分为游梁式和无梁式两大类。游梁式抽油机主要由发动机、三角带、曲柄、连杆、横梁、游梁、驴头、悬绳器、支架、撬座、制动系统及平衡重组成。随着时代的发展，对环保节能要求的不断提高，在理论与实践相结合的基础之上，目前国内外抽油机的总的发展趋势是向着超大载荷，长冲程，低冲次，精确平衡，自动化，智能化，节能化，高适应性，无游梁长冲程方向发展。本设计主要根据抽油机的四杆机构（曲柄连杆横梁游梁）的工作原理。本文介绍了常规抽油机工作原理与节能原理，以及设计过程中对抽油机运动学和动力学分析与计算，阐述了这种设备的运动规律。游梁式抽油机驴头的悬点载荷标志抽油机的工作能力的重要参数之一，而看它是否节能，其技术指标是抽油机的电动机实耗功率的大小及减速器的工作状态。本设计全面概述了常规性抽油机的发展概况，抽油机的优化设计及其节能原理。另外，设计者对抽油机得几何参数，运动参数，动力学参数进行了全面的分析计算。此外，本设计不仅采用了计算机编程来计算抽油机的运动和动力学参数，而且采用了AutoCAD绘图软件，并附有中英文对照资料。关键词：常规型抽油机；悬点载荷；结构；设计计算常规游梁式抽油机设计2AbstractConwentionalbeam-pumpingunittotakeouttheoilmachine,publishinginthemachineoilextractionequapmentsattheearlieststage,appliedextensive,themostsimpleequipmentsinstructure.Pumpingunitisanimportantcomponentinthepetroleumindustry,drivingbythepumpingunits，andtheotherequipmentsarerunninginordertoachievethemechanizedexploitationoftheoilwell.Itismainlyclassifiedbeamandnon-beamtwocategories.Beamstylepumpingunitmainlyconsistsoftheengine,trianglebelt,crank,connectingrod,beam,beam,donkeyhead,hangingaropedevice,cradles,pryblock,brakesystemandbalanceweight.Withthedevelopmentoftheages,therequirementsofenergy-savingandtheconsciousnessofenvironmentalprotectionenhancement,onthebasisofthecombiningofthetheoryandpractice,thecurrentdomesticandinternationalpumpingunitsoveralldevelopmenttrendistowardsuper-load,longstroke,lowstroketimes,precisebalance,automatic,intelligent,energy-saving,highadaptabilityandnon-beamlongstrokedirection.Thisdesignwasmainlyaccordingtotheprincipleoffour-poleframework(crank-connectingrod-beam-beam)ofpumpingunits.Inthisarticle,workingroutineandpower-savingtechnologyoftheconventionalbeam-pumpingunitwillbeintroduced,andduringthedesigningprocedure,theanalysisofkineticanddynamictothepumpingunitsexpresslawofmotionofthiskindofequipment.Theairloadofbeamstylepumpingunitisoneoftheimportantparameters,whichisthefirstsignoftheworkcapacity,andseeitwhetherenergy-saving,thetechnicalindicatorsarethesizeoftheelectromotorconsumptionpowerandtheworkstateofthedecelerator.Completelythisdesignsaidthedifferencealmutuallyadevelopmentgeneralsituationthattookouttheoilmachineexcellenttoturnthedesignanditeconomizedonenergytheprinciple.Moreover,designedtotakingoutheoilmachinegetseveralparameter,sportparameter,thedynamicsparametercarriedontheanalyticalcalculationcompletely.Inaddition,notonlycomputerprogrammingtocalculatethemovementanddynamicsparametersisusedinthedesign,butalsotheapplicationoftheAutoCADsoftware,simultaneouslywithChinese-Englishinformation.Keywords:ConventionalPumpingUnit,；Horseheadload,；StructuralCharacteristic,；DesignCalculation常规游梁式抽油机设计3目录第一章绪论.11.1游梁式抽油机技术发展.11.1.1我国抽油机的现状.11.2常规性游梁式抽油机的工作原理及节能原理.21.2.1工作原理.21.2.2节能机理.21.3节能型抽油机技术发展方向.41.3.1智能控制是采油设备发展的方向.41.3.2基础材料的研究应用即将造就一个立式抽油机时代.51.3.3采油设备向通用化和个性化发展.51.3.4采油设备向艺术性发展.51.4游梁式抽油机优化设计数学模型的研究.5第二章计算部分.72.1设计原始数据.72.2结构组成.72.3主要参数.82.4建立动力模型示功图.82.5运动学计算.92.5.1常规游梁式抽油机几何关系计算式.92.5.2光杆（悬点）加速度计算式.102.5.3悬点载荷计算式.102.5.4扭矩因数和光杆位置因数计算式.102.5.5减速器净扭矩计算式.102.5.6抽油机扭矩因数几几何计算.112.6设计原始参数.112.6.1参数.112.6.2抽油机几何结构尺寸.112.7运动学的运算.12第三章主要部件的设计计算.143.1电动机的选择计算.143.2计算传动比及减速器的选择.143.2.1抽油机的总传动比.14常规游梁式抽油机设计43.2.2选减速器.153.2.3带的传动比.153.3传动装置的运动和动力参数的计算.153.4带传动的设计.16第四章抽油机的各结构的强度校核.194.1连杆的应力分析与强度校核.194.2曲柄连接设计强度校核.204.3游梁的应力分析及强度校核.224.4游梁支承的强度校核.254.5滚动轴承的选择和寿命计算.28结论.30参考文献.31致谢.32附录一中文译文.i附录二外文资料原文.v常规游梁式抽油机设计5常规游梁式抽油机设计第一章绪论1.1游梁式抽油机技术发展抽油机产生和使用由来已久，迄今已有百年的历史。应用最早，普及最广的应属游梁式抽油机，早在120年前就诞生了，目前，在各个产油国仍在大面积地广泛应用。美国拥有40万台，我国拥有2.7万台，前苏联拥有4万台，一百多年，游梁式抽油机的结构和原理没有实质性的变化。结构简单，易损件减少。可靠性高，耐久性好，操作维修方便，是其百年经久不衰的根本原因。1.1.1我国抽油机的现状目前，我国抽油机主要制造厂有十几家，产品主要以游梁式抽油机为主，约占抽油机总数的98%至99%,有30多种规格，并已形成了系列，前置式抽油机，异相曲柄平衡抽油机，前置气平衡抽油机，配有CJT型节能拖动装置的常规型抽油机，和用窄V带传动的常规型抽油机等均与在各个油田推广应用，并取得了显著的经济效益。常冲程、低冲次的无梁式抽油机的研制也取得了也一些进展，如胜利油田设计并并与有关厂家协作生产的链条式常3冲程抽油机，已有近千台在各油田投入使用，在低冲程抽油机和抽稠油方面已初见成效。此外，桁架结构的滑轮组增拘束抽油机，滚筒式长冲程抽油机进入了实用阶段；次轮增距式长冲程抽油机的研制工作也取得了新的进展。重量轻、成本低、便于调速和调整冲程的液压抽油机，经过几年的研制和工业性试采油也积累了一定的经验，其它形式的新颖抽油机加代传动游梁式抽油机，新型遥杆抽油机，大轮式游梁抽油机，留连干游梁式抽油机也正处于开发和研制过程中。然而，游梁式抽油机的缺点是不容易实观长冲程、低冲次的要求，因而不能满足稠油井，深油井和含气井采油作业的需求。同时长冲程、低冲次的游梁式抽油机尚待完善，（如油田正在使用的链条式抽油机还存在链条寿命短，换向冲击载荷大河钢丝绳易断，导轨刚度不足容易变形等问题）而且品格还很少，不能适用于当前石油工业的发展，液压抽油机至今还处于研制阶段。所以我国抽油机的发展方向是：(1)改造现有常规型游梁式抽油机，加速开发新型节能抽油机；(2)加速开发各类长冲程抽油机；常规游梁式抽油机设计6(3)继续加紧研制液压抽油机。1.2常规性游梁式抽油机的工作原理及节能原理1.2.1工作原理电动机通过皮带和减数器带动曲柄作匀速圆周运动，曲柄通过连杆带动四连杆机构的游梁以支架上中央轴承为支点，做上下摆动，带动游梁前端的驴头悬点连接抽油杆柱、油泵柱塞做上下往复直线运动，实现机械采油。当悬点（抽油杆）上冲程时，抽油杆柱带动油泵活塞上行，油泵的游动阀（排出阀）受阀自重和油管内液柱压力的作用而关闭，并提升柱塞上部的液体。与此同时柱塞下面的泵筒空间内里的压力降低，当其压力低于套管压力时，该空间的液体将顶开油泵固定阀（吸入阀）而进入抽油泵活塞上冲程所让开的泵筒空间；当柱塞下行时，油泵的固定阀靠自重下落而关闭，泵筒内的液体受到压缩，在柱塞继续下行过程中，泵内的压力不断增高，当泵内压力增至超过油管内液柱压力时，将顶开油泵的游动阀是泵筒内的液体进入油管内。由于油泵柱塞在抽油机的带动下，连续做上下往复运动，因而油泵的固定阀和游动阀也将交替地关闭与打开，完成抽油泵的抽吸工作循环。概括地说：柱塞上行时，将柱塞之上的液体排入输油管线，将泵外的液体吸入泵内；柱塞下行时，将柱塞之下油泵内的液体吸入柱塞之上的油管内。这样周而复始地工作时，原油就源源不断地被采出。图1-1工作原理图1.2.2节能机理作为一种采油设备是否节能可从两个方面表现出来，即在相同工况下，工作电耗的大小及产生液量的多少，用电动机驱动的抽油机，其输入的电能大部分转化位举生液常规游梁式抽油机设计7体的机械功，其余部分则消耗于热损失和摩擦损失。异相机与常规机相比，在相同工况下，如果忽略产液量增加的因素，他们举升液体所做的机械功是相等的。因此，是否节能则取决于热损失和摩擦损失的大小。对于有杆泵系统来说，热损失即使电动机平衡电流的函数，同时也是电流波动量的函数。热损失的大小可通过一个周期载荷系数CLF来反映它可用下是来表达：nILIIInILIIICLFnn32122322211-1式中：I1In曲柄在位置1，2，3.,n处时电动机的瞬时电流，A；n电流测量的次数。由式1-1可以看出，电流的均方根值愈大愈接近平均电流值，CLF愈小，热损失也愈小；反之；电流值均方根之愈大；CLF愈大，热损失也愈大，因为Tn就是电动机负载，Tn与I成正比例关系，所以Tn波动愈大，电流的均方根值也愈大；Tn波动愈小，电流的均方根之愈接近平均电流值。异相机的热损失小于常规机，这说明了使用异相机时，有杆泵系统的地面效率比使用常规机要高。有杆泵系统的井下效率是通过光杆功率PRHP来反映的，可用下式表达：fhHPHPPRHP1-2式中：HPh举升液体所需功率，称“谁功率”；KWHPf克服井下摩擦阻力等损失的动力，称“摩擦功率”；KW如前所述，在相同工况下，异相机和常规机相的HPh是相等的，但前者的HPf小于后者，因此，异相机的PRHP小于常规机，所以他的井下效率也较高。有杆泵系统中，电动机实耗动力Px可按下式计算，即：hCLFPRHPPx)(1-3式中：从电动机到悬点之间的地面传动效率；