异型双驴头游梁式抽油机平衡调整计算方法.docx

异型双驴头游梁式抽油机平衡调整计算方法刘登明（胜利油田现河采油厂，山东 东营 257068）摘要：异型双驴头游梁式抽油机是在常规游梁式抽油机的基础上改进形成的有杆抽油设备系统的地面驱动设备，用于油 层能量不足以自喷的中、低粘度原油和高含水原油油井的开采。抽油机平衡状况的好坏，直接影响减速器、电动机的负 荷大小和使用寿命以及整机运转的平稳性。因此，抽油机安装前应根据油井井况和抽油机工况，初步估算平衡块的组合 和平衡块的位置，以避免出现严重的不平衡现象。抽油机投产后，应根据曲柄轴实际净扭矩情况调整平衡，以保证抽油 机在最佳状态下工作，现介绍两种平衡调整的计算方法。关键词：异型；抽油机；平衡调整；计算方法m 0.47 (p b p / 2) s平杆液1 异型双驴头游梁式抽油机的结构简介（1）m 0.235 s ( p p )平max minm 平 0.51 ( m 上max m 下max )其中：由胜利油田有限公司石油机械总厂生产的异型双驴头游梁式抽油机是由主机和辅机两大部分组成，主机是由 底座、减速器、曲柄及曲柄销装置、平衡装置、连杆、横 梁、驱动绳、后驴头、支架及平台、游梁、前驴头、悬绳 及悬绳器、刹车装置及刹车安全装置，辅机是由电动机及 其它电路控制装置组成。异型游梁式抽油机结构见图1。p (p p ) (1 a / g )max 杆 液上p p 1 7.85a / g (7.85 r ) 下min 杆p q l杆p液 r f e gm 上 max (pmax b) tf 100o191820m 下min (pmin b) tf 280 o1716式中：p 为抽油杆在油液中的重量，kn；p 为动液面以415杆液514上液柱的重量，kn；q为每米抽油杆在油液中的重量，kn；a上，a下为抽油机上、下冲程换向加速度，m/s2；pmax，pmin为悬点负荷的最大、最小值（也可取自示功图），kn；m上max，m下min分别为上、下冲程悬点负荷在曲柄轴上产生的载荷扭矩代数和的最大、最小值，knm；136312211711089750tf100 o ，tf 280 o 分别为曲柄位置角等于100和280时的扭矩因数，扭矩因数是指光杆负荷p在曲柄轴上产生 的扭矩tw与光杆负荷p的比值，查光杆位置因数和扭拒因 数表（见表1）可得，有正负，m；光杆位置因数是指曲 柄转角为0时，光杆的行程长度（以下死点为零点）占全 冲程的百分比。s为所用冲程长度，m；l为泵挂深度，m；r为油液密度，/m；e为动液面至井口的深度，m；f为泵柱塞断 面积，m2；g为重力加速度值，取g9.8m/s2；b为抽油机 结构不平衡力，即连杆与曲柄销装置脱离时，欲保持游梁 处于水平位置需要在光杆上加的力，此力向下为正，向上 为负，可查抽油机铭牌或说明书的平衡力矩图解（图1） 求得，kn。39351.悬绳器 2.光纤卡子 3.悬绳 4.前驴头 5.游梁 6.平台 7.支架8.底座 9.刹车装置 10.电机 11.刹车安全装置 12.减速器 13.曲 柄装置 14.曲柄销装置 15.连杆 16.横梁 17.驱动器 18.保护绳19.后驴头 20.脚踏板图 1 异型双驴头游梁式抽油机结构2 抽油机安装前平衡调整抽油机平衡状况的好坏，直接影响减速器、电动机的负荷大小和使用寿命以及整机运转的平稳性。抽油机安装 前应根据油井井况和抽油机工况，初步估算平衡块的组合和平衡块的位置，以避免出现严重的不平衡现象。2.2 平衡块组合方式根据求得的平衡力矩m值，查平衡力矩图解，在该图 纵坐标轴上找到等于m的点，由此作纵坐标轴的垂线与斜 线相交，由交点作横坐标轴的垂线，此垂线与横坐标的交2.1 抽油机安装前初步估算平衡估算所需的平衡力矩可用下面的经验公式机械 2003 年第 30 卷增刊123点值即为平衡块位置。平衡块可同时装8块、6块，4块、2块等多种组合方法。r m max i上 i下（2）q曲i上 i下3 投产后调整平衡的计算 p ) 0.1n2其中： m 0.236s (pmaxmax min式中：n为每分钟的冲次数；q曲为原安装的平衡块重量，包括连接件，kn；r为达到平衡，原安装的平衡块应该 移动的距离，r为正值时，表示平衡块应离开曲柄轴心 向外移，r为负值，表示应移向曲柄轴心。应注意的是电流计算法有一定的适应范围，当抽油机 严重不平衡时，即i上或i下中有一个是电动机回馈发电电流（负电流）时，此公式不能使用。这时应按照i上为“负电流时，平衡块向接近曲柄轴心方向移动，i下为“负电流” 时，平衡块向远离曲柄轴心方向移动的原则进行粗调，当 i上和i下均不为“负电流”时，再按上述电流计算法进行精 确调整。判断电动机上冲程或下冲程是否工作在回馈发电状 态，方法有两种：一种是如果配电箱内若有电度表，当抽 油机在上、下冲程的最大电流时，看电度表铝盘是否倒转， 上冲程时倒转则i上为负电流；下冲程时倒转则i下为负电 流。若没倒转，则i上和i下均为正值，即电动机上、下冲程 均没工作在回馈发电状态，第二种方法是在抽油机上、下 冲程的最大电流时，听电动机的声音同时观察电动机的转 速，若此时电动机转速已高出额定值，则表明此冲程阶段， 电动机工作在回馈发电状态。抽油机投产后，应根据曲柄轴实际净扭矩情况调整平衡，以保证抽油机在最佳状态下工作，现介绍两种平面调 整的计算方法，可以按下面两方法之一进行计算。表 1光杆位置因数和扭矩因数表3.2 扭矩法按曲柄实际净扭矩曲线进行调整计算，测得示功图 后，净扭矩按下式计算tn (p b) tf m 平 sin $（3）式中：tn为曲柄净扭矩，knm；p为悬点负荷，kn，用光杆位置因数划分示功图求得，光杆位置因数查光杆位置 因数和扭矩因数表；扭矩因数，查光杆位置因数和扭矩因 数表；最大平衡力矩，按原装平衡块组合及实际位置（平 衡块上“”或保险锁块孔所对曲柄上的数）查平衡力矩 图解。为曲柄位置角，当井口在观察者的右侧时，以曲柄 垂直向上的位置为零度，顺时针转为正。按上式取角间隔10重复计算一次，并绘制tn 曲线。由tn曲线上读得上、下冲程净扭矩的最大值， 若上、下冲程净扭矩的最大值相差较多，则认为平衡不好， 此时按下式计算平衡块应移动的距离。m 平(knm)1601501401301201101009080a12a10a1a270605040302010b12b1b2b100 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1012 14 1618 2022 23平衡块位置tn上 tn下1（4）图 1 平衡力矩图解r sin $上 sin $下q曲3.1 电流法分别测量上、下冲程时，电动机输入的最大电流值i上和i下。若i上和i下相差太多则认为平衡不好，此时可用下式 计算平衡块应移动的距离。在实际工作中，由于井况复杂，因素多，考虑到功耗和结蜡等因素，以上两种方法，均为近似计算法，（下转第 127 页机械 2003 年第 30 卷增刊127而引起系统激励频率与固有频率二者比例大小的改变。系统激励频率与固有频率二者比例大小不同，系统振动的振 幅也就不同，因而啮合效果也就不同。（3）适当地润滑。齿轮传动时，相啮合的齿面间有相 对滑动，因此就要发生摩擦和磨损，特别是高速重载传动， 摩擦和磨损的程度就更大6，对啮合齿面间的损伤就更 大，因此更需要考虑合理地润滑。（4）尽量远离共振区。共振时系统的振幅达到最大， 轮齿的啮合将达到最差状态。（5）设计齿轮时，尽量增大重合度，因为重合度的增 大可减少轮齿动载荷。从而提高啮合效果。轴向振动加速度(103cm/s2)径向振动01.260加速度 1.26圆周方向振动0加速度2.0(106)齿根应变(106)-1250410-3s图 6考虑振动时斜齿轮受力示意图3 结束语通过以上分析可以看出：齿轮系统的振动必将影响到轮齿啮合性能的优劣。结合实验结果，在工程实际中，为 了提高轮齿的啮合性能，建议可采取如下措施：（1）在齿轮副、传动系统、动力和负载条件、齿轮箱 体既定的条件下，合理选择轴和轴承。这是因为轴和轴承 的改变，意味着图 1 中等效刚度系数和等效阻尼系数 k1 x 、 k1 y 、 k2 x 、 k2 y 和 c1 x 、 c1 y 、 c2 x 、 c2 y 等参数的改变， 而这些参数的改变必然导致齿轮系统固有频率和振幅的 改变，从而使齿面磨损和轮齿所受载荷发生了改变。（2）在其它条件不变的情况下，只改变齿轮传动的转 速，也能得到不同的啮合效果。这是因为，转速的改变必 然引起系统激励频率（如惯性力激励、啮合轮齿刚度激励、齿廓误差位移激励、啮入啮出冲击力激励等）的改变，从参考文献1孙月海，张策等.直齿圆柱齿轮传动系统振动的动力学模型j.机械工程学报，2000.2唐增宝，钟毅芳.直齿圆柱齿轮传动系统的振动分析j.机械工程学报，1992.3李润方，王建军.齿轮系统动力学m.北京：科学出版社，1997.4程耀东.机械振动学m.杭州：浙江大学出版社，1988.5黄锡恺、郑文纬.机械原理m.高等教育出版社，1995.6徐辅仁、顾佩芝.评齿间摩擦对航天齿轮齿根弯曲应力的影响程度m.强度与环境，1996.（上接第 123 页）若一次调不准，可重复上述步骤，以求最佳平衡效果。在实际工作中很难把平衡率调到100%，以下冲程电流或净扭 矩较大一些为宜。平衡力矩图可得内缘平衡块位置在18.2的位置上。4 结论（1）抽油机安装前根据油井井况和抽油机工况，运 用初步估算法估算平衡块的组合和平衡块的位置，可以避 免安装过程中出现严重的不平衡现象；（2）抽油机投产后，运用电流法和扭矩法求取平衡 块位置，根据实际情况调整平衡，保证抽油机在最佳状态 下工作；（3）自2000年以来，异型双驴头游梁式抽油机在现 河采油厂20个采油队安装了34口抽油井，其中8型机9台，10型机11台，12型机14台，安装前运用初步估算法，投产 后运用电流法和扭矩法，先 计算后调整，平衡率都在90% 以上，取得了较好的应用效果。（4）在实践中由于井况复杂，因素多，如果考虑功耗和 结蜡等其它因素的影响，异型双驴头游梁式抽油机调平衡 计算法仍然是近似计算法，因此在实际工作中很难把平衡 率调到 100%。3.3 查图举例例如对于原10型抽油机，当每一个曲柄上各装两块平 衡块时，可根据图中的斜线a查得。如m=125kn时，可查 得平衡块位于6.2的位置上。平衡块的位置，用平衡块上 的“”下角所对齐曲柄上的数字来表示，无“”者用 “保险锁块孔