6型单滚筒超长冲程抽油机-毕业论文.doc

6型单滚筒式超长冲程抽油机设计与分析摘 要：为了更好的实现抽油机长冲程采油的目的，在满足油田采油工艺要求的前提下，设计了6型单滚筒式超长冲程抽油机。该抽油机的动力系统采用KCT系列变频调速电动机,省去了正反转电动机软起动控制器，可以实现传动装置的的频繁正反转，从而提高了传动的稳定性；并且本抽油机采用重力势能平衡的原理，对其进行了平衡设计，平衡效果较常规抽油机有了明显的改善。抽油杆采用抗拉强度高，密度小的碳纤维连续抽油杆，减轻了重量，增加了抽油量，但碳纤维抽油杆不能受到压力作用。与一般抽油机相比，单滚筒超长冲程抽油机具有冲程长，采油效率高，动载荷小，适于开采稠油及深井采油，发展长冲程抽油机对当前老油田高含水井后期的开采减缓产量递减速度，开采稠油、低渗透等油田的“难动用储量”，以及沙漠油田深井及超深井的机械开采等，都是有一定的现实意义的。本抽油机的使用将会使我国许多油田在增加原油产量的同时降低耗能，有着十分重要的意义。关键词：6型；单滚筒；碳纤维杆；超长冲程；抽油机Design and analysis of 6 type solitary Roller exceed Long-Stroke Pumping UnitAbstract：To better achive long-stroke pumping unit with the purpose of meeting the requirements of oil field technology, the unit uses KCT family transduce varying speed motor, which can be achieved in the frequency of positive and negative without soft-starter motor positive controlto ,then have the stability improvement.And the unit using the principle of detailed balance of gravitational potential energy ,the balance effect compares the conventional unit to have the distinct improvement. Its sucker rod uses carbon fiber continual sucker rod ,which tensile strength is high,the density is small. The apply of the sucker rod increased production,as well as reduce weight,but the carbon fiber continual sucker rod can not be pressured. 6 type Solitary Roller Exceed Long-Stroke Pumping Unit compare the common pumping unit have the longer stroke,the load are bigger, are suitable for the mining heavy crude oil and the deep well extraction benefit, the Solitary Roller Exceed Long-Stroke Pumping Unit are also suitable for old oil well with high water content to slow down the produce decrease rate,extract heavy crude oil, low permeable sublayer oil wells hardly moved reserves,also for machine extract draw well and ultradeep well in desert, the family pumping unit will be able to cause many oil fields of our country to reduce the energy consumption and increase crude oil output . So , it is very important.Key words:Type6；Solitary roller；Exceed longer-stroke；Pumping unit； Carbon fiber pole目录1 绪论11.1 国内外抽油机的发展历史11.2 长冲程抽油机的分类11.3 长冲程抽油机的优点21.3.1 长冲程抽油机的优点21.3.2 主要用途41.4 长冲程抽油机的现状及未来的发展方向51.4.1 国内长冲程抽油机的现状与发展趋势51.4.2 国外长冲程抽油机的现状与发展趋势61.4.3 长冲程抽油机技术发展方向72 平衡能量计算及平衡装置的设计92.1 平衡能量的计算92.1.1 原始数据92.1.2 井深计算92.1.3 电动机上下冲程时功率计算112.2 平衡重计算及平衡装置的设计123.油机起升装置电动机的选择143.1 电动机的选择143.1.1 起升功率的计算143.1.2 传动装置的总功率143.1.3 确定电动机转速153.2 传动参数的计算163.2.1 计算总传动比163.2.2 分配减速器的各级传动比174 传动装置的设计204.1 带传动的设计204.1.1 确定计算功率204.1.2 选取V带的带型204.1.3 验算V带的速度204.1.4 确定V带基准长度L1和中心距a204.1.5 带轮包角214.1.6 V带跟数设计214.2 带轮的设计214.2.1 作用在带轮轴上的压力224.2.2 作用在轴上的压力224.2.3 带轮宽度224.3 高速级齿轮传动设计及校核224.3.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数224.3.2 按齿面接触强度设计224.3.3按齿根弯曲强度设计244.3.4几何尺寸计算254.4 低速级齿轮传动设计及校核254.4.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数264.4.2 按齿面接触强度设计264.4.3按齿根弯曲强度设计274.4.4几何尺寸计算294.5 轴的设计294.5.1 轴的设计及相关键的设计294.5.2 轴的设计及相关键的设计304.5.3 轴的设计及相关键的设计304.5.4 大滚筒轴的设计及相关键的设计314.6 轴的校核324.6.1 求低速级大齿轮上的力324.6.2 求轴上的载荷324.6.3 总弯距的计算334.6.4 画出合力矩弯矩图344.6.5 按弯距扭合成应力校核轴的强度344.7 机体的设计354.8 减速器轴承的设计354.8.1 轴承材料的选择364.8.2 轴、轴、轴、轴轴承型号的选择364.9 减速器润滑系统的设计364.10 滚筒的设计364.11 支架的设计365 碳纤维抽油杆性能特点及应用前景376 经济性评估397设计小结40参考文献411 绪论1.1 国内外抽油机的发展历史抽油机是构成三抽设备体系（抽油机，抽油杆，抽油泵）的主要组成部分。在抽油机的驱动下，通过抽油杆带动抽油泵上下往复运动，实现无自喷能力抽油井机械采油。抽油机的生产和使用由来已久，迄今已有百年历史。应用最早，普及最广阔的属游梁式抽油机，早在120年前就诞生了，至今在世界各产油国中仍在大面积地广泛使用。目前，美国拥有40万台，我国拥有2.5万台。一百多年来，游梁式抽油机结构和原理没有实质性变化。机构简单，可靠性高，耐久性好，使用，维修，保养方便，是其力久不衰的根本原因。但是，随着许多油田逐渐进入开采的中后期，油田含水不断上升，动液面不断下降，出现水淹，甚至强水淹现象，而新油田的开采也有不断增加产层深度的趋势，这就使机采井下泵深度不断增加。为保证油井产量，需要加大抽油机的悬点载荷，从而导致抽油杆弹性变形加著，造成严重的冲程损失。补偿方法则依赖于加大抽油机的冲程长度和悬点载荷。对于高含水油井及抽油井，高油气水井，多蜡井以及深抽井的开采，亦需要加大抽油机的冲程长度和悬点载荷。10年以来，各种形式的无游梁长冲程抽油机不断投入生产，使有杆抽油技术有了突破性进展。目前，国内外至少有15家公司制造无游梁式长冲程抽油机，产品多大50多种，最大功率达到225马力，最大悬点载荷大22.7吨，最大冲程长度大24.4米。我国抽油机发展已有30多年的历史。50年代以进口为主，修配为辅，主要是苏联CKH常规型游梁式抽油机。60年代至70年代，在仿制苏联的基础上制造常规型的游梁式抽油机。1975年以后，制订并完善了国产抽油机技术标准。80年代抽油机实现了全部国产化，不仅满足自给，而且有部分出口。在此期间，我国抽油机技术有了飞跃发展，瞄准世界最先进水平，等效或部分采用美国API标准，并引进美国拉夫金公司先进技术。兰州石油化工机器厂，宝鸡石油机械厂，兰州通用机械厂，江汉石油总机厂，石油部第二机械厂，第三机械厂，第四机械厂，先后获得API加工会标使用许可，从而使国产抽油机跻身世界先进行列，打入国际市场。目前，国内抽油机生产上家多大20多家。前置型和偏置型游梁式抽油机亦有较大发展。研制中的还有绳索滑轮式，旋转驴头式，大轮式等新型游梁式长冲程抽油机。与此同时，无梁式抽油机发展十分迅速。1965年诞生了链条抽油机，1984年有试制出滑轮增距式抽油机，研制中的还有链条增程式长冲程抽油机，摆轮增程式长冲程抽油机，齿轮增程式长冲程抽油机等。1.2 长冲程抽油机的分类纵观国外各种长冲程抽油机。大致可分为增人冲程游梁抽油机、增大冲程无游梁抽油机和长冲程无游梁抽油机砚种类型。1 增大冲程游梁抽油机 利用各种机构或元件的运动特性和工作原理增大游梁抽油机的冲程长度，称为增大冲程游梁抽油机。这里应当指出；利用抽油杆的超冲程也能增大抽油泵冲程长度；利用增大冲程机构直接与抽油泵组合，也能增大抽油泵冲程长度，抽油机的冲程长度.不改变。这两种增大冲程的方法均不属于增大冲程抽油机。国外增大冲程抽油机有美国Kincaid冲程倍增抽油机；英国增大冲程游梁抽油机；原苏联增大冲程游梁抽油机；美国Lufkin公司游头抽油机等。2 增大冲程无游梁抽油机利用各种机构或元件的运动特性和工作原理增人无游梁抽油机的冲程长度，称为增大冲程无游梁抽油机。例如：美国Lowjack低矮型增大冲程无游梁抽油机等。3 长冲程无游梁抽油机长冲程无游梁抽油机的特点是；没有游梁、不采用曲柄连杆机构换向、也不采用增大冲程机构、利用抽油机本身机构运动特性，实现长冲程抽油，也称为超长冲程无游梁抽油机。该抽油机有立式和卧式两种结构型式： 立式长冲程无游梁抽油机抽油机所有设备均置地面上，一般为机架立式结构型式，占地面积较小，但占用空间高度较大。例如；美国ROTAFLEX长冲程低冲次抽油机；法国Mape长冲程无游梁抽油机；Dynovation公司长冲程无游梁从式井抽油机等。 卧式长冲程无游梁抽油机 抽油机主要设备置于地面上，平衡装置于地下套管之中，一般为卧式结构型式，占地面积和占用空间高度较小。例如：美国Western Gear Co长冲程无游梁液压抽油机；美国National Supply Co，长冲程无游梁链条传动抽油机等。1.3 长冲程抽油机的优点 1.3.1 长冲程抽油机的优点 随着油田逐渐进入开发中后期，油井含水比例不断上升，动液面不断下降，油井出现水淹甚至强水淹现象。新区开发也有不断增大产曾深度的趋势，使机采油井的泵挂深度不断增加，为保证油井产量则需加大抽油机的悬点载荷，从而导致抽油机弹性变形加重，造成严重的冲程损失。补偿的方法侧依赖于加大抽油机的冲程长度，对于高含水井、抽油井、深油井等更需要加大抽油机的悬点载荷和冲程长度。游梁式抽油机，尤其是常规型抽油机难以实现长冲程和大载荷，因此各种型式的无游梁式抽油机相继问世，使有杆式机械采油技术有了突破性进展。各种长冲程抽油机的抽油实践表明，具有以下七个主要优点,现分列如下：1 提高采油效率、增加石油产量采用长冲程抽油方式.抽油泵柱塞的实际冲程长度减少的比率较小，提高了抽油泵的排量系数和充满系数，有利于提高采油效率、增加石油产髦、降低采油成本。据报导、采用钢质抽油杆抽油时，由于油骨和抽油杆之问的弹性伸缩作用结果，对抽油泵的实际冲程和泵效有较大的影响。在一般下泵深度范围内，两者相差。 0.81.5m在最深时可达l.32.1m二如果冲程长度较小，冲程损失比例更人，抽油泵的泵效更低。如果改用长冲程抽油方式可以提高抽油机的冲程利用率。例如：冲程长度从3.3m 增加到5m时，平均冲程利用率可以增加11.9%，在最深时可以增加17.5%。所以，采用长冲程抽油方式抽油泵柱塞的实际冲程长度减少的比率较小，增加抽油泵的泵效、提高石油产量。另据报导，采用长冲程抽油方式，提高抽油泵的泵效达到10%25%，提高石油产量10%50%，提高抽汲能力达20%40%。再据报导，美国加里福尼亚一口油井原采用2.1m冲程长度常规游梁抽油机。石油产量为13.4m3/d；后来改用长冲程无游梁抽油机，冲程长度为10m。石油产一学增加到33m3/d，石油产最增加了146.2%。2 提高抽油杆和抽油泵的使用寿命长冲程抽油机均采用长冲程、低冲次抽油方式，可以减少抽油杆和油管之间的机械磨损。据报导，采用长冲程，低冲次抽油方式，可提高抽油杆使用寿命达45倍；另据报导，采用长冲程、低冲次抽油方式.可以减少抽油泵的机械磨损、磨损较均匀，提高抽油泵的使用寿命。3 排量稳定、动载荷小、事故少长冲程无游梁抽油机采用长冲程、低冲次抽油方式，在一个上或下冲程过程中、分为恒速运动部分和接近与离开上下死点的减速与加速运动两个部分，恒速运动时问较长，石油排量较稳定。抽油机和抽油系统的动载荷较小，减少抽油杆断脱事故和抽油系统事故。增加了抽油机的可靠性。此外，长冲程无游梁抽油机减速器的扭矩只有同样冲程长度和冲次常规抽油机的16%33%，有利于提高抽油机的使用寿命、延长免修期，减少发生井下事故。4 抽油机运转平稳、疲劳应力与循环次数减少长冲程抽油机采用长冲程、低冲次抽油方式，抽油机运转较平稳、噪音也较小，减少了抽油机载荷、疲劳应力及抽油机应力循环次数，有利于提高抽油机和抽油系统的使用可靠性。5 抽油机平衡效果较好长冲程抽油机利用各种平衡方法可以实现较精确的半衡效果。节约更多的动力消耗，提高了抽油机运行的经济性，降低了采油成本，具有较好的使用经济性二此外，由于可以实现抽油机较精确的平衡效果，抽油机运转更加平稳、噪音更小。6 抽油机具有较好的技术经济指标与常规及增大冲程抽油机相比。长冲程无游梁抽油机结构较简单、零部件较少、制造装配简单方便、运动环节较少、机械传动效率较高，成本较低.具有较好的抽油机技术经济指标。7 抽油机具有较高的适应性能长冲程抽油机的冲程长度与冲次均可进行调节，实现各种油井工。况参数经济、合理的匹配，充分发展长冲程抽油机的效能。还可以实现抽油机和油井最佳匹配运行，具有较高的适应性能，此外，据报导长冲程抽油机还可以防止结蜡，可减少消蜡作业。使用非常方便。长冲程抽油机可以实现最大限度地满足采油一艺发展的需要口当冲数一定时。采用长冲程小泵提液抽汲方式，可不采用抽油杆脱接器、达到提高石油产量的目的，使用很方便。长冲程无游梁抽油机还可以解决采用大泵提液时常规抽油机无法进布了环空测试问题，可以录取井下资料和进行油并动态分析。1.3.2 主要用途抽油实践表明，长冲程抽油机具有以下五个方面的用途：1 适用干小泵深抽采油工艺对于低压油田，可采用小泵深抽采油工艺提高石油产量。长冲程抽油机可以满足小泵深抽采油的艺要求，更经济有效地开采石油。2 适用于大泵提液采油工艺采用大泵提液可以提高石油产量。长冲程抽油机不仅可以满足大泵提液采油工艺的需要，而且还可以进行环空测试、录取并下资料和进行油井动态分析。常规抽油机在大泵提液时是无法进行环空测试的。3 适用于开采各种特殊石油长冲程抽油机适用开采含气（H2S、CO2、O2）石油、含砂石油、含石灰石油、含蜡石油、含水石油等各种特殊石油。4 适用于各种油井开采石油长冲程抽油机适用于深井、定向井、丛式井、斜井、海洋井、沙漠并、北极并开采石油。具有较好的抽油性能和经济效益。发展无游梁长冲程抽油机是当务之急： 近几年来，我国油井数量急剧增多，用常规游梁抽油机开发稠油，采油量、泵效、耗能、采油成本等各项技术经济指标较差，因而阻碍了常规游梁抽油机的技术发展。为更经济、更合理地开发我国稠油资源，必须大力开发我国的无游梁长冲程抽油机。 对于低压油田，可采用小泵深抽的方法提高原油产量。目前在胜利、江苏.华北、中原等油田应用深抽技术取得了较好的经济效益。为满足小泵深抽的需要，我国急需发展大载荷长冲程抽油机。 目前我国的长冲程抽油机还不能完全满足我国油田开采的需要，长冲程抽油机正处于发展阶段，品种与规格不全，使用数量不多。因此需要大力发展新型长冲程抽油机。长冲程抽油机的主要特点是冲程较长、冲次较低。一般认为冲程长度等于或超过6米时称为长冲程。总的来说，长冲程抽油机的优点可以总结为7点： (1) 提高采油效率，增加石油产量，(2) 减少磨损，提高抽油杆和抽油泵的寿命，(3) 排量稳定，动载荷小，事故少，(4) 运转平稳，抗疲劳性好，(5) 平衡效果好，(6) 具有较好的综合技术经济指标，(7) 具有较好的适应性能。综上所述可见，长冲程抽油机具有减小冲程损失、提高系统效率、延长机杆泵使用寿命、减少故障及提高整机运行质量等优点。因此，发展长冲程抽油机对当前老油田高含水井后期的开采减缓产量递减速度，开采稠油、低渗透等油田的“难动用储量”，以及沙漠油田深井及超深井的机械开采等，都是有一定的现实意义的。1.4 长冲程抽油机的现状及未来的发展方向在世界范围内，研究开发与应用抽油机已有100多年的历史。在这百余年的采油实践中，采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。其特点是：增强了抽油机的适应性、可靠性、经济性和先进性；改善了抽油性能，降低了抽油载荷与载荷变化范围，提高了抽油效率，减少了动力消耗；提高了抽油机平衡效果，改善了抽油机的运动特性、动力特性与平衡特性；增大了抽油机的使用范围，减小了抽油机的体积和质量，强化了抽油机自动化与智能化程度。总之，抽油机的各项技术经济指标达到了有史以来的最高水平。目前抽油机正朝着大型化、低耗能、精确平衡、高适应性、长冲程无游梁、自动化和智能化方向发展。目前长冲程抽油机可分为：增大冲程抽油机： 增大冲程抽油机， 增大冲程无游梁抽油机。长冲程无游梁抽油机： 立式长冲程无游梁抽油机，卧式长冲程无游梁抽油机。1.4.1 国内长冲程抽油机的现状与发展趋势 目前，我国东部油区已进人开采的中、后期，需要大载荷、长冲程、低冲次的抽油机。一般抽油机的整机尺寸会随着冲程及载荷的增大而增大。滚筒式抽油机则不然，冲程增大，仅影响支架高度，对其它外形尺寸的影响相对较小。滚筒式抽油机是实现长冲程的一种较理想的机型。早在60年代，国外文献27及产品样本28中已有滚筒式抽油机的介绍。我国从80年代中后期开始研究、开发这种机型，并有一些样机在油田试验，积累了一定的经验。目前困扰该机型发展和推广的主要问题有： 所用柔性件(钢丝绳)的使用寿命太短，缺少适合我国国情的可靠的换向机构1。近年来，我国新型抽油机有了很大的发展，在我国开发的诸多抽油机中，长冲程抽油机占有很大的比例，品种最多，技术发展最快，先后出现了各种各样的长冲程抽油机，并在抽油实践中取得了较好的效果。我国各油田都需要长冲程抽油机，所以长冲程抽油机已成为我国抽油机发展的主流和方向。根据技术发展预测：在今后很长一段时间内，长冲程抽油机仍将是我国抽油机发展的主流方向，还会有更大的技术发展。发展我国新型无游梁长冲程抽油机,有以下三个途径： 引进国外制造技术 引进国外先进的制造技术,这种方法比较稳妥,上得快,成功率高，但是我国目前资金不足,国内技术力量和制造能力均较强,不宜从国外引进无游梁长冲程抽油机的制造技术。 按国外最先进的产品进行仿制多年来,我国在仿制国外产品方面积累了经验关键是要通过周密的调研,确定仿制对象不能只凭国外资料和专利,还要根据国外产品的使用效果和经济效益,进行综合分析, 作出诀策。 自行设计与研制自改革开放以来, 我国抽油机设计与研制的力量和水平有了很大提高，我国现有很多有实力的知名石油机械公司，完全有能力开发新一代的产品。1.4.2 国外长冲程抽油机的现状与发展趋势近年来，各国研究开发了各种新型抽油机，为更经济有效地开采石油做出了卓越贡献。在新型抽油机中，长冲程抽油机品种最多，占有更大的比例，具有较好的抽油性能、提高石油产量、降低采油成本、提高经济效益等优点。根据技术发展预测结果，在今后很长一段时间内，长冲程抽油机仍将是世界抽油机发展的主流和方向，长冲程抽油机将会有更大的发展15。目前国外长冲程抽油机已广泛应用于稠油开采、小泵深抽采油工艺、大泵提液采油工艺以及开采各种特殊石油。 通过对国外各类长冲程抽油机进行分析研究后，得出以下三点有关技术发展方向的结论： 增大冲程游梁抽油机是常规游梁抽油机的发展方向：由于增大冲程游梁抽油机具有提高采油效率、增加石油产量、降低采油成本等优点，所以是常规游梁抽油机的发展方向。 增大冲程无游梁抽油机是增大冲程抽油机的发展方向：增大冲程游梁抽油机是在游梁抽油机的基础上增加了增大冲程的机构，仍然保留着游梁抽油机的某些缺点，各种技术经济指标不可能有显著的改善和提高。增大冲程无游梁抽油机彻底摆脱了游梁抽油机的某些缺点，具有更好的技术经济指标，可大幅度的提高抽油机运动特性、动力特性和平衡特性，所以增大冲程无游梁抽油机是增大冲程抽油机的发展方向。 长冲程无游梁抽油机是长冲程抽油机的发展方向：与增大冲程抽油机相比较，长冲程无游梁抽油机使用现代采油工艺发展的需要，技术经济指标先进，显著提高了抽油机的运动特性，不需要增大冲程机构，传动效率较高，杆件受力较好，而且还可以实现超长冲程抽油。这种冲程是增大冲程抽油机无法实现的，所以长冲程无游梁抽油机优越于增大冲程抽油机。为此，长冲程无游梁抽油机是长冲程抽油机的发展方向。总之世界长冲程抽油机将会有很大的技术发展，其数量将会大幅度增加，长冲程机构将更简单、有效，寿命更长12。1.4.3 长冲程抽油机技术发展方向国外各类长冲程抽油机进行分析研究后.得出以下二点有关技术发展方向的结论：1 增大冲程游梁抽油机是常规游梁抽油机的发展方向：由于增大冲程游梁抽油机具有提高采油效率、增加石油产量、降低采油成本等优点，所以是常规游梁抽油机的发展方向。2 增大冲程无游梁抽油机是增大冲程抽油机的发展方向：增火冲程游梁抽油机是在游梁抽油机的基础上，增加了增大冲程机构，仍然保留着游梁抽油机的某些缺点，各种技术经济指标不可能有显著的改善和提高。增大冲程无游梁抽油机彻底摆脱了游梁抽油机某些缺点，具有更好的技术经济指标，可大幅度地提高抽油机运动特性、动力特性与平衡特性，所以增大冲程无游梁抽油机是增大冲程抽油机的发展方向。3 长冲程无游梁抽油机是长冲程抽油机的发展方向：与增大冲程抽油机(增大冲程游梁抽油机和增大冲程无游梁抽油机)相比较，长冲程无游梁抽油机适应现代采油工艺发展的需要，技术经济指标先进，显著地提高了抽油机的运动特性、动力特性和平衡特性，不需要增大冲程机构，传动效率较高，杆件受力较好，而且还可以实现超长冲程抽油，例如冲程长度可达1530m，这种冲程是增大冲程抽油机无法实现的，所以长冲程无游梁抽油机优越于增大冲程抽油机为此，长冲程无游梁抽油机是长冲程抽油机的发展方向，由参考文献14。2 平衡能量计算及平衡装置的设计1-小带轮，2-V带，3-大带轮，4-传动轴，5-滚筒轴，6-联轴器，7-低速机齿轮，8-高速级齿轮，9-电动机。 图2.1 传动装置原理图2.1 平衡能量的计算2.1.1 原始数据悬点载荷：60KN冲程：1030 m起下速度：1520 m/min适用碳杆规格：32mm4.2mm产出液密度：860.27Kg/m3(以大庆混合原油为例)2.1.2 井深计算 Pmax_悬点最大载荷 （21）_抽油杆自重 （22）_抽油杆在油中的自重 （23）_油管内，柱赛上的油柱重 （24）_油井中动液面以上断面积等于柱塞面积的油柱重 （25）L下泵深度 S悬点冲程长度 S=1030mn悬点冲程次数 n=v/s=（1520）/2/（1030)=0.251次/分钟2沉没度过小，会降低泵的充满系数，沉没度过大，会增加抽油机的负荷。通过实践摸索即使油的粘度很大，克服原油在井筒内运动的全部阻力不超过一个大气压，所以一般沉没度为3050米；重质粘度大的井不少于50米；原油含气大的井不少于80100米；如不含气的轻质原油的井，沉没度有20米即可，因为超长冲程抽油机一般用于稠油，低渗透油井的开采，为了安全起见认为油井中有油气所以油井的沉没度取不少于50米。 泵的沉没深度 =60m 产出液密度 =860.27kg/m3 抽油杆伸长量 抽油管伸长量 抽油泵的柱塞泵筒位移钢制抽油杆规格 22(1628取中间型号)抽油管横截面面积 =1.01810-3m2因对于单滚筒式抽油机碳纤维杆达到2/3也可以保证安全，所以初取取碳杆长度=0.6L，钢制抽油杆=0.4L 。 碳纤维杆的密度=1.59=324.210-60.6L1.591039.8+ 10-63.140.4L8.521039.8=13.95L=10-63.14（L-60）860.279.8=20.75L-1245.252=（34.7L-1245.252）(1+30/137=42.30L-1517.93由于已知悬点载荷 =60KN60000=42.30L-1517.93L=1454m 取L=14002.1.3 电动机上下冲程时功率计算将上面计算得出的L值带入： =324.210-6700（1.59103-860.27）9.8+10-63.14700（8.52103-860.27）9.8 =672.81+19964.24 =20637.05N =10-63.14（1400-60）860.279.8 =27810.66N （26） =1.76m上冲程期间抽油机对光杆负载所做的功： （27） =(20637.05+27810.66)10-27810.66 =484477.1-24473.381 =460003.719Nm =(20637.05+27810.66)30-27810.66 =1453431.3-24473.381 =1428957.919Nm下冲程期间抽油机对光杆负载所做的功： （28） =20637.0510+27810.66 =230843.881Nm =20637.0530+27810.66 =643583.881Nm由于抽油机上下冲程时间相等根据冲程和起下速度的范围确定时间在0.52min之间变化，初定在30s时的电动机功率故：t=30s。上冲程期间抽油机输出功率：下冲程期间抽油机输出功率：2.2 平衡重计算及平衡装置的设计对于一般抽油机，其载荷在上、下冲程时为不同的单向载荷。若不考虑平衡，那么在上冲程时，为了提起抽油杆柱和液柱，电动机需输出很大的功率；在下冲程时，抽油杆依靠自重下落，对电动机做功，这时电动机处在发电机运行状态。因此，抽油机必须很好地加以平衡，以均衡电动机在上下冲程所受的载荷，达到减小电机容量的目的。抽油机进行平衡的方法为：在下冲程时，以一定速度将抽油杆的势能和电动机的输出能量储存起来；在上冲程时，将这部分能量释放出来，帮助电动机以一定速度提升抽油杆柱和液柱，使电动机在上下冲程所受的载荷基本相等。可以较方便地进行储存和释放的能量形式有势能和动能2种，这也是常用于抽油机平衡的能量形式。用势能方式进行平衡的有机械(配重)平衡和气压平衡，在理论上用弹簧的弹性势能进行平衡也是可能的，但实际中可能因结构原因未见应用。用动能方式进行平衡的有飞轮平衡，由于飞轮储能和放能是依靠飞轮转速增大和减小实现的，因此必定有抽油机下冲程速度逐步增大，上冲程速度逐步减小，这导致抽油机的速度控制缺乏灵活性，由参考文献14。所以机械平衡和气压平衡是抽油机2种主要的平衡方法。经过分析比较，配重平衡相对其他平衡而言，平衡效果好，而目容易实现，所以设计采用配重平衡。由参考文献17。所以本设计采用重力势能平衡的方法，具体方法是在输出轴上加一卷筒，用钢丝绳悬挂平衡。由于能量一定，所以如果移动距离大，那么平衡重质量就小；反之如果移动距离小，则平衡质量就大，但当平衡重质量太大时，钢丝绳的强度要求就比较高，同时对轴径要求也相应的增大，经济计算分析，可确定移动平衡重移动距离20m，则平衡质量：上冲程： （29）下冲程： （210）(合5287Kg) (合 1762.4Kg)平衡重质量取中间值为3000kg。3 油机起升装置电动机的选择3.1 电动机的选择抽油杆需要在井口频繁进出，这样就要求动力装置和缠绕大盘都必须可以正反转，即电动机必须可以反转或加换向装置。电动机选择的是K系列开关变频调速电动机。它可以实现传动的频繁正反转。此电动机的特点是：a,绕线转子，自扇冷式，隔爆型。b,允许经常起动及逆转。3.1.1 起升功率的计算具参考文献3,初定滚筒半径为750。卷筒轴的工作转速为： 因平衡重质量为3000kg，查资料的起重3000kg的载荷需要619型钢丝绳直径为12.5mm，安全系数取3.5,又因为滑轮直径不小于钢丝绳直径的16倍，一般取50倍，所以初定连接平衡重滚筒的直径800mm。平衡重和碳杆在同一个轴上所以转速相等4.25 r/min悬点载荷：起下速度：所以起升功率为： 平衡重所做的功率：即起升功率：3.1.2 传动装置的总功率这一功率由电动机带动减速器来实现，则传动装置的总功率a应为组成传动装置的各部分运动副效率之乘积，参考文献1即：其中,分别为每一传动副（齿轮，蜗杆，带式链），每对轴承每个联轴器及滚筒的效率。传动副的效率数值可以按表选取，轴承和联轴器的效率数值为：带传动的传动效率 0.940.97滚动轴承的传动效率 0.980.995齿轮得传动效率 0.940.96弹性联轴器的传动效率 0.990.995滚筒的传动效率 ： 0.90电动机到光杆负载传动机构的传动效率；其中、分别为带传动，轴承，齿轮传动，联轴器和滚筒的传动效率。所以3.1.3 确定电动机转速卷筒轴的工作转速为： 按参考文献4P16-3表16-1-1推荐的传动比的合理范围。取V带传动的传动比：；二级圆柱齿轮减速器的传动比：；则传动比的合理范围为：；故电动机转速的可选范围为： 。6型单滚筒超长冲程抽油机的关键部分是需要抽油杆的上下往复运动来实现抽油作业，而这就需要有某种换向机构带动抽油杆往复运动，本次设计在这里选择的是用可变向的电机来代替换向机构，带动抽油杆做往复运动。变向电机选择的是山东红卫电机股份有限公司的可变向开关磁阻调速电机。开关磁阻调速电机是一种新颖的、性能价格比很高的、具有典型机电一体化结构的交流无级调速电机。具有效率高、真正恒转矩调速，启动电流小，可频繁正反运行等优点。KCT系列开关磁阻调速电动机是山东红卫电机股份有限公司在多年推广应用SR系列开关磁阻调速电动机的基础上，为了更适合调速市场的需要，而推出的第二代新系列产品。与SR系列电机相比，KCT 系列的性能指标明显提高，特别是噪声振动的改进有了重大突破，达到了Y系列异步电动机的噪声水平。其优良的调速特性可适用于各种调速机械，特别是其低启动电流大启动转矩的特点，使其真正具有了频繁正反转运行的优点，在油田新型电气换向式抽油机、龙门刨铣床等往复式机械上应用，取消了原有的机械换向机构，显示另了无比的优越性。 主要特点： 1.启动转矩为额定值的150，而启动电流仅为额定值的30，因此可频繁起停和正反转运行，起停次数可达到1000次/小时。2.可实现正转、反转、制动、能量反馈四象限运行。3.效率高、损耗小；在整个宽广的调速范围内保持高效率运行。4.转速精度和动态响应较高，适合于经济数控机床等使用。5.功率因数较高，接近于1.0。其主要性能如表：表3.1 电动机性能表型号额定转矩下的调速范围r/min额定功率KW 满载时最大转矩/额定转矩KCT200L2-1000501500 22电流380V效率%功率因素1.40.4880.9电动机外形尺寸：长度；815mm宽度；525mm高度；475mm。3.2 传动参数的计算3.2.1 计算总传动比在电动机上加一变频调速器使其额定速度控制在要求范围内。变频器（变频调速器）是把工频电源(50Hz或60Hz)变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备，其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆成交流电。对于如矢量控制变频器这种需要大量运算的变频器来说，有时还需要一个进行转矩计算的CPU以及一些相应的电路。变频调速是通过改变电机定子绕组供电的频率来达到调速的目的。变频器的分类方法有多种，按照主电路工作方式分类，可以分为电压型变频器和电流型变频器；按照开关方式分类，可以分为PAM控制变频器、PWM控制变频器和高载频PWM控制变频器；按照工作原理分类，可以分为V/f控制变频器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器等；按照用途分类，可以分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等。简单来说就是用来调速控制电动机的输出转速,选用易能DES1000-4T018G0220P，功率为22EDS1000系列变频器采用先进的控制方式实现了高转矩、高精度、宽调速驱动，能够满足通用变频器的各种要求。通过空间电压矢量PWM控制和无速度传感器矢量控制技术及电磁兼容性整体设计，满足客户对适用场所的大转矩低噪音、低电磁干扰的环保要求。 1 采用进口高耐压半导体功率器件，具有更强大的抗高压冲击能力。2 IGBT采用瑞士concept驱动电路方案，驱动更加可靠，运行更稳定。3 输入电压允许在-20%+15%之间波动，适就范围更广。4 采用空间电压矢量SVPWM控制。5 主电路强电走线均采用高压双绝缘导线，性能更安全可靠。6 全封闭的独立风道式结构设计方案，更能适应各种恶劣环境。7 内置自动稳压功能（AVR）和自动限流功能，更能有效保护设备的安全。8 多达16段速控制功能，操作更加方便。9 产品采用低温升设计技术，更能持久耐用。10 具有RS485功能（可选），可实现远程控制。根据电动机速度范围初定电动机转速，则总传动比，、分别为带传动和减速器的传动比，取：，则减速器传动比为：，符合减速器的传动比范围。3.2.2 分配减速器的各级传动比按展开式布置，考虑润滑条件，为使两极大齿轮直径相近，由展开式曲线查得：，则。传动装置各轴的运动及运动参数：为进行传动件的设计计算，要推算出各轴的转速及转矩（或功率），将传动装置各轴有高速至低速依次定为：轴，轴，轴，轴。，为相邻的输入功率（kw），为各轴的输入转矩（Nm），, 为各轴的转速 (r/min)则可按电动机轴至工作机运动传递路线推算，得到各个轴的运动和动力参数： 各轴转速-电动机满载转速-电动机至工作轴的传动比轴： 轴：轴： 各轴输入功率：轴：轴：轴：卷筒轴： 各轴输出功率 轴-轴输出功率分别为轴：轴：轴：卷筒轴： 各轴输入转矩：电动机轴输出转矩由公式 得：轴：轴：轴：卷筒轴：轴-轴的输出转矩分别为输入转矩乘以轴承的效率：数据归纳为下表：表3.2 传动装置各轴运动参数轴功率P(KW)转矩T(Nm)转速N(r/min)传动比 i效率名称输入输出输入输出电动机20.27320.9460040.98轴19.4619.071232.411207.761507.40.98轴18.518.1384