资源目录
压缩包内文档预览：(预览前20页/共35页)
编号：1656395
类型：共享资源
大小：289.45KB
格式：RAR
上传时间：2017-09-01
上传人：机****料
认证信息
个人认证
高**（实名认证）
河南
IP属地：河南
50
积分
- 关 键 词：
-
抽油机
设计
通过
答辩
论文
图纸
- 资源描述：
-
抽油机的设计【通过答辩论文设计及图纸】,抽油机,设计,通过,答辩,论文,图纸
- 内容简介：
-
绪论 第 1 页 (共 35 页 ) 抽油机设计 1 绪 论 油机的应用 油田开采原油的方法分为两类：一类是利用地层本身的能量来举升原油，称为自喷采油法，常见于新开发且储量大的一些油田；另一类是到了油田开发的中后期，地层本身能量不足以使原油产生自喷，必须人为地利用机械设备将原油举升到地面，称为人工举升采油法或机械采油法 1。 上述采油方法中不利用抽油杆传递能量的抽油设备统称为无杆抽油设备，利用抽油杆上下往复进行驱动的抽油设备统称为有杆抽油设备。利用抽油杆旋转运动驱动井下单螺旋泵装置，虽 然也有抽油杆，但习惯上不列入有杆抽油设备 3。 有杆泵采油技术是应用最早也最为广泛的一种人工举升机械采油方法。有杆抽油系统主要有三部分组成：一是地面驱动设备即抽油机，它由电动机、减速器和四连杆机构 (包括曲柄、连杆和游梁 )等组成：二是井下的抽油泵 (包括吸入阀、泵筒、柱塞和排出阀等 )，安装于油管的下端：三是抽油杆，它把地面驱动设备的运动和动力传给井下抽油泵。 抽油机是一种把原动机的连续圆周运动变成往复自线运动，通过抽油杆带动抽油泵进行抽油的机械设备。游梁式抽油机是机械采油设备中问世最早的抽油机机种，1919 年 美国就开始批量生产这种抽油机。 目前我国大多数油田己相继进入了开发的中后期，油井逐渐丧失自喷能力，基本上己从自喷转入机采。 80 年代初，我国拥有机采油井 2 万口，占总油井数的 机采原油产量占总产量的 27 %， 2000 年我国油气田共有抽油机采油井约 8 万口，占油田总井数的 90%。在这些机采油井中，采用抽油机有杆式抽油的占 90%，采用电潜泵、水力活塞泵、射流泵、气举等其它无杆式抽油的只占 10%。近几年，随着稳油控水和节能的要求不断提高，各种型式的节能型抽油机和长冲程抽油机的数量不断增加。由此可见，抽油机在 各油田的生产中有着举足轻重的地位，并且随着油田的进一步开发，各种新型节能抽油机将会得到广泛地推广和应用。 内外抽油机的发展概况 抽油机设计 第 2 页 (共 35 页 ) 外抽油机的发展概况 在国外，研究开发与应用抽油机已有 100 多年的历史 4。在这一百多年的采油实践中，抽油机发生了很大的变化，特别是近 20 年来，世界抽油机技术发展较快，先后研究开发了多种新型抽油机。起特性主要有以下九个方面： (1) 为了适应各种地质油藏条件和采油的工况 ， 研制与应用了液压缸式抽油机、气压缸式抽油机、长冲程低冲次抽油机和螺杆泵采油系统等。 (2) 为了满足陆地、城市、农村水利喷灌区、山区、沼泽、森林地带、沙漠地区、浅海和海滩、海洋地区和更复杂地区抽油的需要 ， 研制与应用了低矮型抽油机、城市抽油机、前置式抽油机、前置式气平衡抽油机、紧凑型抽油机、两点式抽油机和井架型抽油机等。 (3) 为了适应垂直井、斜井、丛式井和水平井抽油工况 ， 研制了斜井抽油机、丛式井抽油机、双驴头抽油机和高效能丛式井抽油机等。 (4) 为了满足稠油和深井开采的需要 ， 研制与应用了各种大型抽油机。例如常规型抽油机最大载荷 160置式抽油机最大载荷 193前置式气平 衡抽油机最大载荷 213 (5) 为了提高抽油系统效率 ， 减少抽油机动载荷与振动载荷 ， 研制了增大冲程游梁抽油机和增大冲程无游梁抽油机及长冲程无游梁抽油机 (分立式和卧式两种 )。 (6) 为了提高采油经济效益 ， 降低能源消耗 ， 减少抽油成本 ， 研制与应用了各种新型节能抽油机和节能部件。例如异相型抽油机、前置式抽油机、前置式气平衡抽油机、大圈式抽油机、轮式抽油机、全胶带传动抽油机、井架型抽油机、滚筒式抽油机、缸体式抽油机、玻璃钢抽油杆用抽油机、自动化抽油机和智能抽油机等。节能部件有 ： 高转差率电动机、天然气发 动机、抽油机节能控制柜、窄 V 联组胶带、同步胶带、齿型胶带等。上述抽油机和部件能节电 10% 50%。 (7) 为了提高抽油机精确平衡效果 ， 达到节电和提高抽油机运动平稳性与使用寿命 ， 研制与应用了各种平衡方式抽油机。例如变平衡力矩抽油机、气平衡抽油机、气囊平衡抽油机、双井平衡抽油机和自动平衡抽油机等。 (8) 为了满足边远地区没有电源的抽油井试油或采油以及间歇抽油的需要 ， 研制与应用了车装式抽油机 ， 采用天然气发动机或汽油机、柴油机驱动抽油机 ， 具有使用移动灵活等特点。 绪论 第 3 页 (共 35 页 ) (9) 为了提高采油效率 ， 实现自动 化开采石油 ， 研制与应用了各种自动化抽油机和智能抽油机 ， 采用先进的微机系统控制、检测和诊断抽油机运行与故障 ， 以确保高效安全经济抽油。 内抽油机的发展概况 我国游梁式抽油机的制造虽然只有 40 多年的历史，但发展很快。目前已有生产厂家三十多个，抽油机的规格有十余种。 国内抽油机按起传动、换向系统和平衡方式分类，主要有以下几种： (1)常规游梁式抽油机及其改型抽油机 常规游梁式抽油机是油田生产的主力机型，最大的冲程为 6米。该机构简单，机械换向简单，机械换向平稳；同时在传动件中很少使用寿命较短、可靠 性较差的扰性构件，因此使用和维护都比较简单，可靠性也高，是现有各抽油机中最成熟的机种，且适用于全天候工作，至今在众多有杆式抽油机的应用中仍占据主导地位。 (2)四杆传动机构抽油机 这类 抽油机 主要是以曲柄滑块机构为主机够的增程式、浮动轮式等几种。但该抽油机结构复杂，安装维护困难，目前在油田应用很少。 (3)六杆机构的抽油机 为了克服四杆机构抽油机的缺点，有研制了数种采用六杆传动机构的抽油机。但这种机型结构复杂，可靠性不高，动力性改善并不明显。 (4)筒式抽油机 滚筒式抽油机是利用换向机构驱动滚筒正、反 转，并带动柔性见饶国天轮驱动悬点做上、下往复运动的抽油机。这类抽油机没能在油田大面积推广，原因是换向系统的可靠性和寿命较低，而且冲击和噪音大，平衡困难。 (5)链条式抽油机 链条式抽油机是利用轨迹链条上的特殊链节，带动往返架往复运动，从而驱动悬点上、下运动的抽油机。平衡方式主要是气平衡和重块平衡。但前者存在密封和失载保护等问题，故障率高；后者惯性载荷大，链条和特殊链节的受力情况恶化，故障率较高。而且该类抽油机维修费用大大高于常规型游梁式抽油机。 (6)液压式抽油机 它是以液压传动技术为特征的抽油机。它可以最 大限度地发挥油井产能，抽油机设计 第 4 页 (共 35 页 ) 地面和井下设备的使用寿命，具有很好的产油经济性。但在国内，由于液压元件制造水平的制约，液压抽油机可靠性不高，维护比较困难，故起发展比较迟缓。 油机存在的主要问题 1999 年我国抽油机井采油年耗电总量 1010年电费支出达 42 亿；每台在用的抽油机平均年维护费用约 3000 元，全国抽油机年维护费用约 元，而因维护设备影响油井产量约相当 元，元；全国抽油机采油操作成本总额 元。抽油机井是油田 生产量大面广、投入较大的项口，因此，降低抽油机井的生产成本、提高原油生产效率，将是油田实现挖潜增效的主战场。若每口抽油井 (其中 90%以上为常规游梁式抽油机 )实用功率按10， 5 104 台抽油机每天耗电近 12 106耗电近 109 。若我们将抽油机的系统效率平均提高 15 %，就全国而言每年可节电近 109 约费用 元。这不仅 可以缓解油田用电紧张状况，既有经济效益又有社会效益。 常规游梁式抽油机自诞生以来，历经百年使用，经历了各 种上况和各种地域油田的考验，经久不哀，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、上作效率低和能耗大等缺点。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。 常规抽油机的主要问题是能耗大，效率低。我国油田在用的常规型游梁式抽油机系统效率较低，只有 16% 23%，先进的地 区至今也不到 30%，美国的常规型抽油机系统效率较高，但也仅为 46%。究其原因，在于系统总效率是系统在地面和井下近个组成部分的分效率和相关反馈系数的乘积，显然要提高抽油机系统的总效率实现节能是一个复杂的系统上程问题，任何一环的分效率变低，都会是总效率变低，由此可见降低系统高能耗的迫切性和难度。但由于在同一工况、井况和同一时刻下，井下的损耗因地面游梁机型不同而发生的差异不会很大，因此本文仅从游梁机的地面效率角度，研究其节能问题。 抽油机能耗大的主要原因： 抽油机的悬点载荷状况是影响抽油机能耗的主要因素。人们普遍 认为，游梁机上绪论 第 5 页 (共 35 页 ) 作效率不高的主要原因是其载荷特性与所用普通三相异步电动机的转矩特性不相匹配，电机的负载率过低致使电机以较低的效率运行。 抽油机的结构和抽油泵上作的特点，形成了抽油机特有的负荷特性：带有冲击的周期交变载荷。在抽油机运行的一个周期内：上冲程时，悬点要提升沉重的抽油杆和油液柱需要减速器传递很大的正向转矩：下冲程时，输出轴被下落的悬点负荷 (抽油杆自重 )正向拖动，使主动轴反向做功，减速器要传递较大的反向转矩。 电机在一个冲程中的某些时段被下落的抽油杆反向拖动，运行于再生发电状态，抽油杆下落所释放的机械 能有部分转变成了电能回馈电网，但所回馈的电能不能全部被电网吸收，引起附加能量损失 。 抽油机工作时，电机所受的负荷变化极大，在每一冲程的末尾，减速器输出轴上往往出现负转矩，在这种情况下，电机会处于发电运行状态。 (特别是当抽油机平衡不良时，其电机输出功率甚至可能在 20% 120%额定功率值的范围内变化 )，目前游梁式抽油机主要采用曲柄平衡，即使在平衡良好的情况下，减速器输出轴仍然存在较大正峰值转矩和较大的负转矩。平衡程度越差，其正、负转矩的峰值越大，抽油机的能耗也就反之增加。负转矩的存在必然导致电动机运行于再生 发电状态，电能回馈电网造成电力系统的附加能量损失，这样一来实际上使异步电机的运转参与了抽油机的平衡运动，因为抽油杆下落时所释放的机械能能除了部分转变成平衡重的位能，还有部分通过电机的再生发电状态转化成了电能，但所产生电能又不能被电网全部吸收，造成了能量的浪费。同时负转矩的存在又加速了曲柄销的破坏，使减速器的齿轮经常受反向负荷，降低了抽油机的使用寿命。 继常规机后，各种类型抽油机不断涌现，但其发展还是受到一定限制。国产数控抽油机采用了完全不同于传统游梁式抽油机的机架、传动系统和电动机，对游梁式抽油机没有任何继 承，但因价格昂贵不能推广使用。链条式抽油机存在换向冲击载荷大和钢丝绳易断，道轨刚度不足容易变形等缺点。液压抽油机漏油发热可靠性差，且液压抽油机的维护保养比游梁式抽油机复杂的多，影响其进一步的推广使用。新型抽油机的投入使用比对在用抽油机进行节能改造需要更多的投入，且其中大多数新机种在可靠性和操作的方便性方面与常规游梁式抽油机相比存在着许多问题，加之受现场操作人员文化技术水平限制，对节能所带来的经济效益不十分关心等诸多因素，使大部分新型抽油机得不到良好的推广和应用。因此，抽油机设计 第 6 页 (共 35 页 ) 在用的游 梁式抽油机进行节能研究具有很大的现实意义。 油机的发展趋势 今后，国内外抽油机主要向以下几个方面发展 6 9： 论文的主要研究内容 近几年来，抽油机节能问题己日益引起人们的重视，国内的许多生产厂家正在不断地应用新技术，通过进行结构优化设计和改进平衡方式等，实现抽油机节能的目的，己经有一大批新型的抽油机相继投入油田 开采。在开发新产品的同时，也要对现有抽油机实施节能技术改造，不断地推广节能技术。而在研究节能抽油机的同时，系统的可靠性、经济性和使用维护方便是生产厂家和用户所特别关注的问题，因此研究经济、可靠耐用、节能效果显著的抽油机是一个具有现实意义的课题。 进入二十世纪九十年代，许多科研人员、各大科研院所、抽油机制造厂家做了大量的研究上作，研制出 10 多种不同类型的新型抽油机。数控抽油机虽然采用了全新的技术，属于机电一体化产品，但其对游梁式抽油机没有任何继承，因而价格昂贵，且控制系统的可靠性还存在一定问题，不能推广使用。 链条式抽油机存在换向冲击载荷大和钢丝绳易断，道轨刚度不足容易变形等缺点。液压抽油机存在漏油、发热可靠性差等缺点，且维护保养复杂，影响其进一步的推广使用。另外，齿轮抽油机、气平衡抽油机、增矩式抽油机等一些抽油机从理论上都是可行的，可是经不起长时间的现场考验而中途夭折。以偏轮抽油机为代表的几种六连杆抽油机，虽然节能效果显著，但其活动件较多，制造、安装、调整、维护复杂，现己基本停止了生产，摆杆抽油机的节能效果也较明显，但由于采用了开式滚轮传动，钢轨磨损严重，而且与常规机相比增加大量钢材和多个活动关节，可靠性大打折 扣，其发展前景也不容乐观。双驴头抽油机采用柔性四连杆结构，节能效果较好，结构上与常规抽油机相比，减少了尾轴绪论 第 7 页 (共 35 页 ) 承座连接，增加了后驴头和软连接，重量增加较少。其主要问题就是钢丝绳的折断问题，但通过合理选用材料和弧面参数，这一问题将得到解决。随着数控切割设备的出现，其制造难度降低，成本下降，其发展前景看好，目前国内节能型抽油机的应用上也证明了这一点。 为此，本文在分析目前国内外在用抽油机的情况基础上，对异相曲柄抽油机进行优化设计，一方面提高其节能效果，另一方面提高其系统的可靠性，进一步进行抽油机优化设计研究。 本文 的主要研究内容如下： 1、对包括抽油机在内的有杆采油系统悬点载荷计算进行研究，对抽油机的电机功率的选择。 2、根据游梁式抽油机四连杆机构的几何关系和运动特点，对游梁式抽油机的几何结构、运动参数、动力特性等进行分析。 3、对 抽油机主要零部件（游梁、连杆、曲柄）强度校核。 抽油机设计 第 8 页 (共 35 页 ) 2 游梁式抽油机的运动分析 游梁式抽油机驴头悬点载荷是标志抽油机工作能力的重要参数之一，是抽油机四杆机构力学分析的基础，是抽油机设计计算和选择使用的主要依据。抽油机工作时，抽油 机悬点载荷及平衡重在曲柄轴上造成的扭矩与电机输给曲柄的扭矩相平衡。因此通过悬点载荷及平衡来计算曲柄轴扭矩，不仅可以检查减速箱是否在超过扭矩条件下工作，而且可以用来检查和计算电动机功率及功率利用情况 11。在一定参数 (悬点载荷、冲程长度和冲程次数 )和一定使用范围条件下，抽油机各杆件和各节点的受力大小和方向的确定是抽油机设计计算的基本任务之一。只有在受力分析的基础上，才能正确地计算零件的主要尺寸，以保证足够的强度、耐久性和高效率。为此，首先对游梁式抽油机的悬点载荷等动力学参数进行详细的分析，然后再对抽油机四杆 机构进行力学分析。 梁式抽油机的运动学分析 游梁式抽油机的运动学分析的目的：游梁式抽油机运动分析的目的是：对应于抽油机某一曲柄旋转角速度，求出驴头及各铰接点的位移、速度和加速度随时间或曲柄旋转角的变化规律，为进行载荷、扭矩等的动力学分析和计算提供数据。 何尺寸分析 10 从图 2的如下关系 ) （式 2 22 （式 2 222 c o （式 2 在三角形 和 中分别运用余弦定理和正弦定理可得： )s r c s 2 （式 2 抽油机的运动分析 第 9 页 (共 35 页 ) 3 4油机运动机构示意图 )2a r cc o s ( 2223 （式 2 )2a r c c o s ( 2224 （式 2 c co （式 2 )2a rc c o s ( 222 （式 2 式中： 曲柄转角，以曲柄处于铅垂向上作为零度，沿顺时针方向度量； 2 3 4 各杆件的参考角，各角均从基杆 算起，并且沿逆时针方向取正值； 曲柄半径； 连杆长度； 游梁后臂长度； 抽油机设计 第 10 页 (共 35 页 ) 基杆长度； 游梁前臂长度； 基杆的水平投影； 与 线的夹角； 与 线的夹角； 由上图还可的到如下关系： （式 2 )(a r c c o a x（式 2 )(a r c c o i n（式 2 式中： 与 线的夹角； 悬点处于下死点位置时，游梁后臂和基杆之间的夹角； 悬点处于上死点位置时，游梁后臂和基杆之间的夹角； 点的位移、速度、加速度的分析 从上图还可以看出，对应任一 时的悬点位移 下死点作为况的起始点 )为： i=A（m a x ） （式 2 式中： 游梁前臂长度； i 对应任一 时的游梁位置与悬点处于下死点时游梁位置的夹角。 悬点冲程为： （ ） （式 2 式中： 对应于悬点处于上、下两死点位置时游梁两位置的夹角。 图 2各矢量有如下关系： (式 2 上述矢量方程用复变量可表示为： 432 （式 2 抽油机的运动分析 第 11 页 (共 35 页 ) 将上式两边对时间求导可的： 432432 （式 2 或 444433332222s i nc o ss i nc o ss i nc o s （式 2 令方程两边实部和虚部对应相等，则可的如下方程组： 443322 c o sc o sc o s （式 2 443322 s （式 2 求解上述联立方程，可求得连杆及游梁运动的角速度 3 、 为： )s )s 43243 （式 2 )s )s 43232 2 由于 2 =，所以连杆和游梁的角速度为： )s )s 43243 L （式 2 )s )s 4323 （式 2 式中 曲柄旋转的角速度， s 30 n（式 2 式中 n 曲柄的转速， r/上式对时间 t 求导，可的连杆及游梁运动的角加速度 3 、 为： )c )()c )( 242443432233 （式 2 )c )()c )( 323243432244 （式 2 抽油机设计 第 12 页 (共 35 页 ) 式中 2 = 2 当曲柄匀速转动时， 2 ，则 3 、 为 )c o t ()()c o t ()( 4343242433 （式 2 )c o t ()()c o t ()( 4343323244 （式 2 当曲柄匀速转动时，则悬点速度 及加速度 可有下式计算 （式 2 4 （式 2 已知：数据如下：单位（ 表 2抽油机机构尺寸 曲柄半径 R 连杆长度 P 游梁后臂 C 游梁前臂 A 水平距离 I 垂直距离029 4200 2840 4800 3500 4200 冲次数 n 减速器 额定扭矩 悬点冲程 9 1 73 算结果 根据上面的推导公式以及上表的已知数据，通过计算机计算可得出悬点位移、速度、加速度、及扭矩因素曲线如下图（图 2 通过计算机计算可得出如下结果： 游梁最大摆角： ）； 上冲程的最大加速度： 上冲程的最大加速度位置： 15（度）附近 ； 抽油机的运动分析 第 13 页 (共 35 页 ) 图 2悬点位移、速度、加速度、及扭矩因素曲线 抽油机设计 第 14 页 (共 35 页 ) 3 抽油机动力分析 梁式抽油机悬点载荷计算 当抽油机工作时，抽油机的驴头悬点上作用有下列几种载荷 11： (1)油杆柱自重，用 P 杆 它在油中的重量用 P 杆 表示 )，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 )，用 P 油 表示，作用方向也向下。 (3)油管外油柱对柱塞下端的压力，用 P 压 表示，其大小取决于抽油泵的沉没度，作用方向向上。 (4)抽油杆柱和油柱 运动所产生的惯性载荷，相应地用 P 杆惯 和 P 油惯 表示。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，用 P 振 表示，其大小和方向都是变化的。 (6)柱塞和泵筒间、抽油杆和油管间的半干摩擦力，用 P 摩干 表示。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，用 P 摩液 表示。 P 摩干 和 P 摩液 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、游动阀打开时产生的，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) 、（ 5）两项的载荷和抽油杆的运动有关，称为动载荷。但是在直井、油管结蜡少和原油粘度不高情况下，它们在总作用载荷中占的比重很少，约占 2%- 5%左右，一般可忽略不计。为叙述方便，这里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。 点静载荷的大小和变化规律 分别对上冲程、下冲程、下死点和上死点进行分析（如下图 3 (l)上冲程 当悬点从下死点向上运动时，如图 3示，游动阀在柱塞上部油柱压力作用下关闭， 而固定阀在柱塞下面泵筒内、外压力差作用下打开。由于游动阀关闭，使悬点承受抽油杆柱自重 P 杆 和柱塞上油柱重 P 油 ，这两个载荷的作用方向都是向下的。同时，由于固定阀打开，使油管外一定沉没度的油柱对柱塞下表面产生方向向上的压抽油机动力分析 第 15 页 (共 35 页 ) 力 P 压 。因此，上冲程时，悬点的静载荷尺 P 静上 为： 压油杆静上 （式 3 油杆油杆杆 )( 沉油杆杆 )()( 油杆 式中杆 抽油杆材料的密度， kg/ 油 原油的密度， kg/ 杆f 抽油杆横截面面积， 泵柱塞截面积， L 抽油杆长度或下泵深度， m； 沉h 泵的沉没度，米； (2)下冲程 当悬点从上死点向下运动时，如图 3示，游动阀由于柱塞上、下压力差打开，而固定阀在泵 筒内、外压力差作用下关闭。前者使悬点只承受抽油杆柱在油中重量 P 杆 。而固定阀关闭，使油柱重量移到固定阀和油管上这样，下冲程时悬点的静载荷 P 静下 为： 杆静下 （式 3 h 沉上冲程 下冲程 图 3悬点载荷作用图 抽油机设计 第 16 页 (共 35 页 ) (3)下死点 (从下冲程到上冲程的转折点 ) 此时，对抽油杆柱或油管柱来说，载荷都发生了变化： 1)对抽油杆柱来说，在这一瞬间悬点载荷发生了变化，由下冲程的 P 静下 变到上冲程的 P 静上 ，增加了一个载荷 P=P 静上 P 静下 P 油 (油柱重 )，载荷增加就使抽油杆伸长，伸长的大小 杆 等于： 杆油杆杆 P （式 3 式中 钢的弹性模量，等于 1011N/ 在伸长变形完毕以后，载荷 P 才全部加到抽油杆或悬点上。实际上，在抽油杆柱受载伸长的过程中，驴头已开始上冲程。当 悬点往上走了一个距离 杆 时，由于同时产生的抽油杆柱伸长的结果，使柱塞还在原地不动，就是柱塞对泵筒没有相对运动，因而不抽油，如图 3示。 作 2)对油管柱来说，下冲程时，由于游动阀打开和固定阀关闭，油柱重 P 油 压在固定阀上，即压在泵筒和油管的下部。而当转到上冲程时，游动阀关闭，整个油柱重量都由柱塞和抽油杆柱承担，而油管柱上就没有这个载荷作用。因此，在抽油杆柱加载的同时油管柱却卸载。卸载引起油管长度的缩短，并且一直到缩短变形完毕以后，油管柱的载荷才全部卸掉。油管柱的缩短的大小 管 等于： 管油管 （式 3 式中 管f 油管管壁的横截面面积， 这样一来，虽然悬点带着柱塞一起往上走，但是由于油管柱的缩短，使油管柱的下端也跟着柱塞往上走，柱塞对泵筒还是没有相对运动，还不能抽油 (如图 3示 )。一直到悬点走完一段距离等于 管 以后，柱塞才开始抽油。 上面所进行的分析表明：悬点从下死点到上死点虽然走了冲程长度，但是由于抽油杆柱和油管柱的静变形结果，使抽油泵 柱塞的有效长 度 S 效 ，要比小。所以 （式 3 而静变形的大小等于 管杆 （式 3 抽油机动力分析 第 17 页 (共 35 页 ) ）（管杆管油 P 1 杆 式中 ）（管杆 11 称为变形分配系数，一般可取 h 沉 管 管S 效S 效 管 杆下冲程 上冲程(a) (b) (c) (d) (f) 图 3抽油杆柱和油管柱变形过程图解 (4)上死点 (从上冲程到下冲程的转折点 ) 它和下死点的情况恰恰相反。这时，对抽油杆柱说，静载荷由上冲程的 P 静上 ，变到下冲程的 P 静下 ，减少了油柱重 P 油 ，抽油杆因而缩短 杆 。因此，抽油机设计 第 18 页 (共 35 页 ) 了 杆 时，由于抽油杆柱的缩短，柱塞在井下原地不动，它对泵筒不产生相对运动，因而不能排油。而对油 管柱来说，因为加载 P 油 而伸长了 管 ，油管 (或泵筒 )好象跟着柱塞往下走。因此，在悬点再走完 管 以前，柱塞和泵筒还不能产生相对运动，也不会排油。因此，在排油过程中，柱塞的有效冲程长度 S 效 比悬点最大冲程长度 S 减少了一个同样的静变形入值。 现在把上、下冲程中悬点静载荷随它的位移变化规律利用图形来表示 (图 3这种图形称为静力示功图。图中 线表示悬点上冲程开始时载荷由柱塞传递到悬点的过程。 相当于柱塞和泵筒没有发生相对运动时悬点上行时的距离，即 。当全部载荷作用到悬点以后，静载荷就不再变 化而成水平线 达上死点 表示抽油杆柱的卸载过程。卸载完毕后，悬点又以一个不变的静载荷向下运动，成为水平线 回到下死点 A。这种静力示功图，只有在浅井，而且抽油机冲次较低时才能用动力仪测得。 上死点下死点杆P 油P杆+P油S 效力示功图 图 3明，在上、下冲程内，悬点静载荷随悬点位移的变化规律是一个平行四边形 点动载荷的大小和变化规律 在井较深、抽油机冲程次数较大的情况下，必须考虑动载荷的影响 。动载荷是由惯性载荷和振动载荷两部分组成。为简化起见，本文只讨论惯性载荷。 抽油机动力分析 第 19 页 (共 35 页 ) 惯性载荷包括抽油杆柱和油柱两部分，即 P 杆惯 和 P 油惯 。如果忽略抽油杆和油柱的弹性影响，可以认为，抽油杆柱以及油柱各点的运动规律和悬点完全一致。所以，P 杆惯 和 P 油惯 的大小和悬点加速度 小成正比，而作用方向和后者相反。 杆杆惯 （式 3 油惯 （式 3 式中 ： 考虑油管过流断面扩大引起油柱加速度降低的系数 (见图 3其大小为： 11杆管杆杆管杆 （式 3 式中的 F 管 和上式中采用的符号 f 管 是不同的，后者表示油管管壁的截面积。 F f 杆F 管 f 杆图 3油管过流断面扩大图 1)惯性载荷对悬点总载荷的影响 上冲程时，柱塞 (或抽油杆 )带着油柱运动，所以冲程的惯性载荷 P 惯上 等于： 杆惯杆惯油惯油惯杆惯惯上 （）（ )11 （式 3 式中 m 一表示油柱惯性载荷与抽油杆柱惯性载荷的比值。利用上式可得 抽油机设计 第 20 页 (共 35 页 ) 11(杆管杆杆杆杆油杆油杆惯油惯 ） （式 3 1)1 2杆管杆杆油（ 下冲程时，柱塞 (或抽油杆 )不带油柱运动，所以下冲程的惯性载荷 P 惯下 等于： 杆惯惯下 （式 3 考虑了惯性载荷作用以后，悬点的总载荷为： 上冲程：惯上静上上 下冲程：惯下静下下 这样，示功图就由平行四边形 力示功图 )变成扭曲的四边形 A B C D，这种示功图，称为动力示功图，如图 3示。 P m i nP m a ADBC上死点下死点油P杆+P油力示功图 从图中可以看出，悬点的最大载荷 生在上冲程静变形期结束 后一瞬间，如图中的 B点。最大载荷 绝对值 )；悬点的最小载荷 生在下冲程静变形期结束后一瞬间，如图中的 D点。其大小等于静载荷减去动载抽油机动力分析 第 21 页 (共 35 页 ) 荷 (绝对值 )。 点的最大载荷和最小载荷 悬点的最大载荷和最小载荷，特别是最大载荷是正确设计和选择抽油机和抽油杆以及确定电动机功率的主要依据之一，所以目前有很多计算公式，有些先从理论上来推导，在引如实验校正系数，有些是纯粹的经验公式；有些只考虑惯性载荷，而另一些除了考虑惯性载荷外还考虑振动载荷的影响。在惯性载荷方面，有些考虑了柱 塞上的油柱的惯性，有些则略去了油柱的的惯性。但是，应特别指出的是，在所有的计算公式中都没有考虑摩擦力的影响。 在实际计算，可通过下式进行计算悬点的最大载荷和最小载荷： )1 7 9 01()1 7 9 01)(2m i a 杆油杆（式 3 擦力对悬点载荷的影响 定性分析表明，摩擦力增加了悬点的最大载荷，减少了悬点的最小载荷，加大载荷的变化幅度与不平衡性以及扩大了示功图面积，这不但给抽油机的上作带来了很不利的影响，而且使电机功率消耗大大增加。对于低粘度井液的油井，液 体摩擦力 (抽油杆柱和油柱间，油柱和油管间，油流通过泵游动阀的摩擦力均为液体摩擦力 )的数值小，只有 100 200N，完全 是，当油井中原油的粘度很大，a S 到 S 时，抽油杆和油柱间或油柱和油管间的液体摩擦力有时可达10000N 20000N，对悬点载荷影响很大。特别是在下冲程时，和抽油杆运动方向相反的液体摩擦力如果在数值上超过抽油杆柱在油中重量，就会产生驴头悬点运动大大超前抽油杆运动的现象，也就是驴头往下走时，抽油杆还没有往下走。 (甚至驴头己走到下死点，抽油杆都不运动，辽河 油田曾出现类似现象 )这样，当抽油杆和泵柱塞还没有达到下死点时驴头就开始上冲程。其结果是一方面缩短了柱塞的有效冲程长度，降低了抽油泵排量，另一方面山于上冲程时油柱重力和摩擦力突然加到抽油机驴头上，造成冲击载荷，影响抽油机的使用寿命。所以在粘油井抽油时，应该采取措施避免下冲程时驴头超前油杆运动的现象，如向油井中注热稀油或地层水，抽油机设计 第 22 页 (共 35 页 ) 径，采用加重抽油杆等方法，此外，非常重要的方法就是采用加大冲程长度、降低冲次（ 2 3 次 /分）的抽汲方式，因此，在稠油区的辽河油田，长冲程，低冲次的链条抽油机得到了推广应用。 在 丛式井 (上自、下斜 )和斜井中抽油时，山抽油杆接箍和油管间，柱塞和泵筒间产生的半干摩擦力，将达到很大的数值，也应采取相应的措施。 为了提高机泵系统效率，口前，从克服和减少摩擦力方面，采取的措施有： (1)采用连续抽油杆 (抽油杆之间没有接箍的单根抽油杆 )。减少液体摩擦力。 (2)采用滚轮接箍。减少半干摩擦力。 (3)采用调心石墨盘根盒。减少半干摩擦力。 (4)用光杆联接悬绳器和井下抽油杆。减少井口的半干摩擦力。 (5)采用玻璃纤维抽油杆 (连续抽油杆的一种 )。旨在减轻抽油杆重量，减少液体摩擦力。 梁式抽油 机减速器曲柄轴净扭矩的计算 为了使悬点以一定的载荷 P 和一定的抽汲方式 (S 和 n)工作，减速箱曲柄轴就需要给出一定的扭矩，因此减速箱曲柄轴扭矩是游梁式抽油机的基本参数之一。实践证明：减速箱曲柄轴扭矩大小和悬点载荷、各杆件长度的比值和抽油机的平衡情况有密切的关系。它的合理确定对减速箱的设计、电动机功率的选择和抽油设备的正常工作有非常重要的意义。 下面就来讨论减速箱曲柄轴扭矩的大小和变化规律。 减速箱曲柄轴扭矩 于曲柄半径 R 和作用在曲柄销的切线力 T 的乘积 （式 3 在工作过程中，曲柄半径 R 是不变的，所以减速箱曲柄轴扭矩 变化规律和切线力 T 的变化规律是一样的。为了计算 须首先求出 T 值。 下面以曲柄平衡的抽油机 (图 2例进行计算。在曲柄销处的作用力有切线力T，连杆作用力 P 连 ，曲柄平衡重折合力 Q 曲 ，曲柄轴轴承沿曲柄的反作用力 P 柄 以及曲柄平衡重质量造成的离心力 Q 离 (Q 离 = 曲 )。 对曲柄轴中心 O 作力矩
- 温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。
川公网安备: 51019002004831号