弯游梁式抽油机的毕业设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 0 弯游梁 式 抽油机 设计 摘要 ： 本文根据抽油机的基本参数和机构性能特点，以常规游梁式抽油机为基础模型，对其进行技术性改进，而得到具有新型节能特点的弯游梁式抽油机。该机具有平衡效果好、节能的特点，同时在最大限度内保持了常规游梁式抽油机结构简单、皮实可靠、操作、维修方便的优势，适合在各种工况的原油开采，是一种综合性能比较好的抽油机。文章在弯游梁式抽油机基本理论的基础上，做了以下计算：弯游梁式抽油机的冲程冲次的选择与计算、驴头悬点载荷的计算、减速器输出轴最大扭矩的计算和电动机的功率计算等。最后介绍的是各零部件设计的尺 寸计算与校核。 弯游梁式抽油机通过弯游梁平衡与旋转的曲柄平衡相叠加的作用，改善纯曲柄平衡或纯游梁平衡的效果，从而减小动力输出波动量，达到节能之目的，并且有利于改善构件的受力状况，减少抽油机事故的发生，从而提高抽油机的综合效益。对平衡的配置进行分析和优化设计，满足所要求的工况需要。 关键词 ：弯 游梁式抽油机；平衡配置设计； 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 on as so as to by a as as is as it is in of a of on of in of so to or by so by in to of of in of it is to by 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 I 目 录 1 绪论 . 1 概述 . 1 国内研究现状 . 1 2 整体设计与计算 . 3 体方案的确定 . 3 机构尺寸设计 . 3 3 抽油机的运动分析 . 6 抽油机的运动分析方法 . 6 原理部分 . 6 悬点位移分析 . 7 悬点速度 . 7 悬点加速度 . 8 4 抽油机运动部件的受力分析 . 11 抽油机悬点载荷的计算 . 11 悬点静载荷 . 11 悬点动载荷 . 16 悬点最大载荷与最小载荷的计算 . 18 四连杆机构的受力分析 . 19 连杆力 . 20 5 抽油机的平衡分析 . 21 平衡重的设计 . 21 游梁式抽油机的平衡原理 . 21 平衡准则 . 21 5 1 3 机械平衡重的计算 . 22 5 2 减速器扭矩计算 . 23 6 抽油机动力装置的选择 . 26 6 1 电动机的选择 . 26 6 2 抽油机的传动设计 . 27 6 2 1 减速器的设计 . 27 6 2 2 齿轮的设计计算 . 29 6 2 3 带传动设计 . 38 7 主要零部件的设计 . 40 头 . 40 游梁 . 40 横梁 . 40 连杆和曲柄销 . 40 曲柄和平衡块 . 41 支架 . 41 制动装置 . 41 钢丝绳和悬绳器 . 41 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 抽油机主要零件强度校核 . 42 8 1 游梁 . 42 8 1 1 选择游梁的材料 . 42 8 1 2 强度校核 . 43 8 2 连杆的强度计算 . 44 8 2 1 连杆静强度计算 . 44 8 2 2 连杆疲劳强度计算 . 44 8 3 曲柄销强度校核 . 45 8 3 1 曲柄销材料选择 . 45 8 3 2 强度校核 . 46 8 4 支架轴承校核 . 47 结论 . 48 参考文献 . 49 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 1 绪论 概述 机械采油是世界石油工业中应用最广泛的开采技术和方法，其中以游梁式抽油机为主要采油设备，常规游梁式抽油机出现最早、应用最广，但受其结构限制，该机平衡效果不佳，能耗大，冲程短，泵效低。随着市场经济的迅猛发展，特别是近年来 对节能、深抽 油 等方面 的要求日益迫切，常规游梁式抽油机越来越不适应 田生产的需要，为此，国内外许多石油科技人员在常规抽油机的基础上进行了大量的研究，退出了一些节能型、长冲程等新型抽油机。 同时，根据我国油田的具体情况，原油含水率的不断上升，油层压力和油井动液面的逐渐下降，为了保持原油稳产，即原油产量不随含水率的升高而递减，必须加大采液量，这样采油成本也相应提高。因此，要求采油设备不仅能满足 “ 深抽、大排量 ” 提液的工艺要求，而且要求抽油机有长冲程，大负荷，耗能低，体积小，重量轻等性能特点来满足日益发展的油田开发的需要，这就需要选用高效 节能的抽油机。然而大量正在使用的抽油机的主流品种仍然是常规抽油机和异相曲柄平衡抽油机，这些数以万计的游梁式抽油机完成了 80以上的采油量，如果将这些抽油机进行简单的改造，使之成为节能更好的抽油机，将会给油田带来可观的经济效益。 国内研究现状 目前，国内外油田大多数用的是游梁式抽油机 作方便、维修费用低等明显优势 ,而区别于其它抽油机类型 ,一直以来占据着有杆泵采油地面设备的主导地位。但它也有缺点：高能耗；驴头悬点运动的加速度较大、平衡效果差、效率较低。 作为开采石油 的主要结构抽油机为中国石油的产量的提高而服务的，在很大程度上可以促进国民经济发展，抽油机性能的好坏，在很大程度上决定着抽油效率，产量，间接的影响着国民经济收入，因此抽油机的性能好坏就显的很重要。 弯游梁式抽油机 是 在常规抽油机的基础上开发出的 一种新的节能型游梁式抽油机。与双驴头抽油机相比，虽然弯游梁式抽油机的节能性略低，但减少了由于柔性驱动绳的疲劳寿命限制和变径圆弧游梁制造和安装困难造成的较高维护使用成本。 它具有结构简单、能耗低等优点，特别适合于“小泵深抽” 的油井工况。对于重型抽机的设计与制造，采用“弯游梁 平衡”技术，不仅可以降低抽油机的能耗，还可以减小连杆、曲柄销的受力，改善抽油机运行状况。自从弯游梁抽油机问世以后，迅速在新买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 疆、吐哈及华北油田等推广应用。 该项是一种适合于油田石油开采的新型采油设备，也可以应用在其它行业作为抽水和提液作业的机械设备使用。是一种综合性能优良的节能型新产品。它以常规游梁式油机为基础模型，对其进行了关键性的技术变革，把游梁尾部制造成弯曲形状，并在其上增加位置和数量均可以调整的游梁平衡和曲柄平衡。从而降低动力机配置，达到节能目的；同时平衡效果的提高，也改善了整机的受力状况，消除了交 变载荷幅度大对部分结构件的严重影响。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 2 整体设计与计算 体方案的确定 目前，我国有些油田进入中后期开发阶段，随着原油含水率的不断上升，油层压力和油井动液面的逐渐下降，为了保持原油稳产，即原油产量不随含水率的升高而递减，必须加大采液量，这样采油成本也相应提高。因此，要求采油设备不仅能满足 “ 深抽、大排量 ” 提液的工艺要求，而且要具有能耗低、可靠性高等特点，这就需要选用高效节能的抽油机。然而大量在用抽油机的主流品种仍然是常规抽油机和异相曲柄平衡抽油机，这些 数以万计的游梁式抽油机完成了 80以上的采油量，如果将这些抽油机进行简单的改造，使之成为节能更好的抽油机，将会给油田带来可观的经济效益 。 弯游梁式抽油机是一种新的节能型游梁式抽油机。与双驴头抽油机相比，虽然弯游梁式抽油机的节能性略低，但减少了由于柔性驱动绳的疲劳寿命限制和变径圆弧形游梁制造和安装困难造成的较高维护使用成本。与同类型抽油机相比，其主要结构件和易损件受力方式有很大的不同，游梁和尾轴承座的可靠性更高。弯游梁式抽油机结合双驴头抽油机的节能优势和特点，通过对常规游梁式抽油机四杆参数和游梁结构的优化改进 ，使游梁和曲柄平衡得以科学配置，达到了节能、简单、牢靠、实用的目的。 其实践结果表明： 1、结构紧凑、性能可靠。采用减速器前置驱动可实现长冲程，较常规机相比结构紧凑。同样为四杆机构游梁抽油机，因此性能依然可靠耐用。 2、节约能耗、降低采油成本 ,主要是因为：取消常规抽油机的大回转半径的曲柄平衡方式，采用游梁下偏平衡。经现场使用证明，节能效果为： (1)较常规游梁式抽油机节能 20 (2)减速器输出扭矩较常规抽油机小 20% 3、操作简便、使用方便、维护费用低。 机构尺寸设计 从游梁式 抽油机的工作原理可以看出，游梁式抽油机的核心部分是四杆机构，所以说游梁抽油机的设计最重要的是四杆机构，四杆机构设计是否合理，无论是对游梁式抽油机的工作性能还是对抽油机轮廓尺寸和整机重量都有重大影响。 四连杆机构的设计：类比设计是机械产品设计中经常采用的一种方法。目前，游梁式抽油机四杆机构的杆长设计基本上采用类比设计，这一方法的有点是可以借鉴国内外已经生产的游梁抽油机的成熟经验，设计工作简单迅速可靠；缺点是难以对机构杆长设计作较大的改进。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 悬挂式偏置型游梁抽油 机的运动简图如图 2示，图中各参数的含义表示如下： A 游梁前臂长度， B 游梁后臂长度， P 连杆长度， R 曲柄长度， I 游梁支撑中心到减速器输出轴中心的水平距离， H 游梁支撑中心到底座底部的高度， G 减速器输出轴到底座底部的高度， K 极距，即游梁支撑中心到减速器输出轴的中心距离， J 曲柄销中心到游梁支撑中心之间的距离， 曲柄转角，以曲柄半径 R 处于 6 点钟位置作为零度，沿曲柄旋转方向度量； 零度线与 K 的夹角，由零度线到 K 沿曲柄旋转方向度量； C 与 P 夹 角，称传动角； C 与 J 的夹角 K 与 J 的夹角； 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 C 与 K 的夹角； P 与 R 的夹角。 类比国内同类型的抽油机基本参数，经适当圆整后，吧本次设计的抽油机的基本尺寸暂时定为以下数值。 A=3400C=1860P=3100I=2400H=5100G=2100R=850 机架 : K= 22 )( = 22 )21005100(3100 =3842 四连杆机构尺寸验算 由于抽油机的基本尺寸是直接类比得到的，因此需要对尺寸进行验算，以确保所确定的尺寸能满足任务书中抽油机光杆冲程要求。 根据前置式抽油机的运动规律可知，抽油机的悬点最大位移 与游梁摆角存在以下关系： )( 式中 S 光杆冲程； t 光杆在最高位置时的 角； b 光杆在最低位置时的 角； 分析图 2四连杆机构的几何关系，可得下列表达式： t )( 222 ） (2b=K )(222 ） (2 2)( (2当 R=1250，将各参数值带入求得： t 光杆冲程为： 1 8 4(6 1 6 0 S 设计尺寸能满足设计参数要求。所以，设计尺寸能满足要求 。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 3 抽油机的运动分析 抽油机的运动分析方法 抽油机是以游梁支点和曲柄轴中心的连线做固定杆，以曲柄，连杆和后臂为 三个活动杆件所构成的曲柄摇杆机构。研究悬点的运动规律 ,首先了解抽油机四杆 机构的循环特性 目前，国内外使用的抽油机四杆机构的循环主要有以下三种形式： (1)对称循环型 (2)近似对称循环型 (3)非对称循环型 由于与常规型抽油机相比，异相曲柄平衡抽油机的游梁后臂长度缩短，减速箱相对于支架的位置后移，从而使四连杆机构的极位夹角增大。目前，异相机的机构极位夹角为 158 ，行程速比系数 1K 在 间，因此，异相曲柄平衡抽油机具有较快的下冲程，上冲程平均速度低，下冲程平均速度增大，从而使悬点上冲 程的最大加速度低，有利于减少悬点惯性负荷和减速箱输出扭矩，因而有较好的节能效果。所以 此 弯游梁抽油机为非对 称循环型。 原理部分 原理阐述 : 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 ) (3k (3c (3)2a rc c o s ( 222 (3)2a rc c o s ( 222 (3)s s (3 x (3)2 )(a r c c o s ( 222 (3k )(3悬点位移分析 以光杆处在最低位置时（即下死点）作为计算位移的起始点。 游梁摆动角位移为i，最大角位移称为游梁摆角 。 (3 (3悬点位移为： S (3悬点最大位移即光杆冲程长度为： (3悬点速度 利用速度瞬心法可得： (3买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 式中 w 曲柄旋转角速度， s/ n 抽油机冲次， 游梁摆动的角速度 )(/ b (3悬点速度 )/( ： (3悬点 加速度 游梁摆角的角速度b为： 32s i ns i nc o ss i ns i nc o ss i n (3悬点加速度就是驴头圆弧面上与悬绳切点的切向加速度，用 )/( 2示。 说明 : 由于上冲程的悬点载荷比下冲程时的悬点载荷要大得多，所以一般来说，总是希望上冲程时的速度和加速度尽可能小一些。因此，对于异相型抽油机，当曲柄顺时针方向旋转时，上冲程时的速度和加速度都比较小，因此 ，顺时针旋转时合理的。上面的计算过程也是这样计算的。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 表 3位移，速度，加速度表 （ ） S(m ) V( ) a(m/2s ) （ ） s(m ) v( ) a(m/2s ) 0 80 0 90 0 00 0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 00 80 10 90 20 00 30 10 40 20 50 30 60 40 70 50 60 B 编程程序部分 编程见 附录 抽油机位移图像 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 抽油机速度图像 抽油机加速度图像 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 4 抽油机运动部件的受力分析 抽油机悬点载荷的计算 抽油机驴头悬点载荷是标志抽油机工作能力重要参数之一，也是抽油机设计计算和选择使用的主要根据。当抽油泵工作时，抽油机驴头悬点上作用有下列六项载荷： (1)抽油杆柱自重， 作用方向向下。 (2)油管内，柱塞上的油柱重（即柱塞面积减去抽油杆面积上的油柱重），作用方向也向下。 (3)油管外油柱对活塞下端的压力，压力的大小取决于 泵的沉没度，作用方向向上。 (4)抽油杆柱和油柱运动所产生的惯性载荷。它们的大小与悬点的加速度成正比，而作用方向与加速度方向相反。 (5)抽油杆柱和油柱运动所产生的振动载荷，其大小和方向都是变化的。 (6)柱塞和泵筒间、抽油杆（接箍）和油管间的半干摩擦力。还有抽油杆和油柱间、油柱和油管间以及油流通过 抽油泵游动阀（排出阀）的液体摩擦力。 它们 的作用方向和抽油杆的运动方向相反。其中游动阀的液体摩擦力只在泵下冲程、游动阀打开时才产生，所以它的作用方向只向上。 上述 (1)， (2)， (3)三项载荷和抽油杆的运动无关，称为静载荷。 (4)， (6)两项载荷和抽油杆的运动有关，但是在直井，油管结蜡少和原油粘度不高的情况下，它们，在总作用载荷中占的比重很小，约占 2 6左右，一般可忽略不计。由于我国油田上粘油的开采问题相当突出，第 (6)项的液体摩擦力对悬点载荷的影响很显著，有时不能忽略。这里为了叙述方便起见，先讨论静载荷 的大小和变化规律，再讨论动载荷的大小和变化规律，在此基础上来确定最大悬点载荷。 悬点静载荷 (1) 抽油杆自重 在上下冲程中，抽油杆柱自重始终作用于抽油机驴头悬点上，是一个不变化的载荷，它可以用下式计算： (4式中 抽油杆柱自重， L 抽油杆柱总长或挂泵深度， m ； 每米抽油杆柱自重， 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 各种直径抽油机杆柱的 表 4于组合杆柱，如组数为 k，则可用下式计算： q (4式中 第 米自重 ; ； i 第 由于抽油杆全部沉没于油管内的液体中，所以在计算静载荷时，要考虑液体浮力的影响。用 表抽油杆液体的自重，它用下式计算： (4式中 井液密度， 3/ 抽油杆密度，对钢抽油杆， 3/ . 由抽油杆选择 ）（ 由 表 421r q 22r q 23r q 3 抽油杆柱总长 800m。 则抽油杆自重 0 表 4油杆直径 抽油杆截面积 2410 m 每米抽油杆自重 抽油杆弹性常数 1510 rf 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 考虑液体浮力的影响 W )1( ) (2) 作用于柱塞的液柱载荷 作用于柱塞的液柱载荷随抽油泵泵阀启闭状态的不同而变化。下冲程时，柱塞上的游动阀使开启着的，柱塞上下连通。假定不计液体通过游动阀和柱塞内孔的阻力，则柱塞上下的液体压力相等。因此，柱塞上的液柱载荷为零。上冲程时，游动阀关闭而固定阀打开，柱塞上下不在连通。柱塞上面的液体压力等于油管内 液柱静压力，柱塞下面的液体压力等于油管外动液面以下液体液柱的静压力（忽略固定阀的阻力）。这一压力差在柱塞上产生液柱载荷 (4式中 柱塞面积， 2m ，见 表 4 g 重力加速度， 281.9 ； h 泵的沉没深度， m ； 0H 油井动液面深度， m ； m ,h 选择 300m, (3) 悬点静载荷 悬点载荷等于上述两项载荷之和，令1： 1 (416 9 2 5 8 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 2 W (41 2 W 上述静载荷计算公式没有考虑井口回压和套管压力的影响。 (4)静力示功图 在由下冲程转为上冲程时，悬点静载荷 由 为 W ，增加了载荷 抽油杆柱伸长。在由上冲程转为下冲程时，悬点静载荷由 W变为 减少了载荷由 抽油杆柱缩短。伸长或缩短的变形量 r 为： W (4 (4其中 r 抽油杆柱静变形， m ； 抽油杆截面积， 2m ； E 抽油杆钢材弹性模量， 28 /1012.2 ； 抽油杆弹性常数， 1）（ 可 查得。 对于组合杆柱，有 (451 52 53 对于组合杆柱 332211 1 8 0 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 如果 油管底部不锚定（我国绝大多数油井属于这种情况）。在由下冲程转为上冲程时，随着游动