JX02-009@API偏置抽油机设计（含答辩课件）
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机械毕业设计全套
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JX02-009@API偏置抽油机设计（含答辩课件）,机械毕业设计全套
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沈阳理工大学应用技术学院 毕业设计 (论文 )开题报告 题 目 名 称： API 偏置抽油机设计 题 目 类 别：工程设计 院 （系）： 机运 学院 专 业 班 级： 学 生 姓 名： 张建 指 导 教 师： 张福 /教授 开题报告日期： 4 月 12 日 nts API 偏置抽油机设计： RM912D-427-144 1、 题目来源 本题目来源于湖北省教育厅重点研究计划项目“ API 系列偏置抽油机模块化设计”研究项目的一部分。 2、研究目的和意义 本项目的研究目标为：确定 44 种 API 系列偏置抽油机的机构尺寸，对其 进行模块化分，在此基础上，设计出 44 种 API 系列偏置抽油机的生产图样。本设计完成其中一个设计的内容。 本项目的研究意义： 近几年来，随着油田开采技术的不断发展，对抽油机也提出了更高的要求，即深泵挂，大行程，节省能源。常规抽油机不具备上述技术要求，必须寻找新的替代产品。针对此问题提出了 :API系列抽油机，该抽油机是指按照美国石油学会 APISPEC11E抽油机规范设计、制造的系列常规及便置游梁式抽油机。它是在常规型游梁抽油机的基础上研制而成的，整机具有结构简单，操作方便生产成本低及节能效果好的优点 。 常 轨型抽油机受到四杆机构的限制，游梁摆角不能过大，导致整机质量偏重，体积偏大。偏置式游梁抽油机是在常规型抽油机的基础上经过优化四连杆机构的几何尺寸，优化了平衡重的夹角，改变了平衡重的相位角而产生的一种新型的抽油机。通过平衡重在曲柄轴上产生的扭矩与悬点负载在曲柄轴上产生的扭矩相平衡，使抽油机运转时峰值扭矩和峰值电流都有较大幅度的降低，从而达到节能的目的。 其特点是：游梁采用短前臂、大摆角结构，既能满足冲程长度要求，又可减小游粱截面面积节省原材料。该机在上冲程时连杆与游梁呈 90工作，受力状态好，在上冲程时 曲柄转角大，动载小，峰值扭短小。采用偏置型平衡结构高效节能。 偏置式游梁抽油机满足了现在油田的发展需求和当代所提倡的节能型产nts品的发展要求，提高了开采效率，降低了损耗同时节约了成本，为企业创造了更大的经济效益，因此它有广阔的发展前景 3、阅读的主要参考文献及资料名称 1 赵丽 ,汪林 ,石树慎 ，游粱式抽油机电气节能方法分析及论证 J，东北大学学报（自然科学版）， 1993，（ 06）。 2 刘扬松 抽油机失效的故障树分析 J。石油天然气学报， 1990，（ 02） 3 万邦烈，新系列游梁式抽油机 抽 油泵装置所用电动机功率的计算公式和电动机功率的选择图解 J。石油矿场机械， 1980（ 02）。 4 万邦烈 ，新系列游梁式抽油机 抽油泵装置所用抽油泵的排量系数和合理沉没度的选择图解 J。石油矿场机械， 1981（ 02）。 5 宋明涛 ,阮亭忠 ,加重杆选择和多级抽油机组合设计方法 J。石油矿场机械，1985，（ 04）。 6 周继德 ,. 用功率曲线法判断和用功率曲线法判断和调整抽油机的平衡 J. 石油矿场机械， 1988（ 05）。 7 李树臻 ,. 一般型的游梁式抽油机最优平衡计算 J. 石油矿场机械， 1988（ 06）。 8 郭登明 , 江山 , 管锋 , 朱永敏 , 刘云珍 .CYJY12-4.8-73HB 型偏置抽油机改进设计 J. 河南油田 , 2005（ 01） 9 张连山 . 国外新型游梁抽油机 J. 石油机械 , 1988（ 08） 10 张连山 . 国外抽油机发展趋势 J. 国外石油机械 ,1996（ 03） 11 郭登明 , 艾薇 , 余旭阳 . 草绘设计与三维建模 -基于 PRO/E的 API系列抽油机模块化设计之二 J. 石油机械 , 2004（ 07） 12 郭登明 , 艾薇 , 余旭阳 . 总体参数及四连杆机构的尺寸规划 -基于PRO/E 的 API 系列抽油机模块化设计之一 J. 石油机械 , 2004（ 05） 13 黄清世 , 刘卓钧 . TM 型抽油机连杆机构尺寸参数计算的一种简便方法 J. 石油天然气学报 , 1987（ 02） Standard Handbook of Petroleum & Natural Gas Engineering By Lyons, William C; Plisga,Gary S Publication: Burling, MA Elseiver, 2005 Fundamentals of the Petroleum Industry By Anderson, Robert O. Publication: Norman,Okla, University of Oklahoma Press,1984. Advances in Lasers and Applications: Proceedings of the Fifty-second Scottish Universities Summer School in Physics, St. Andrews, September 1998 by Finlayson, D. M. Publication:Bristol; Philadelphia Insititute of Physics Publishing, 1999 Introduction to Engineering Design: Modelling, Synthesis and Problem Solving Strategies by Samuel, A. E.; Weir, John Publication: Oxford, Boston Elsevier,1999 Pumps and Hydraulics 6Th Ed. ntsby miller,Rex.; Miller, Mark R.;Swewart, Harry L. Publication: Indianapolis, Ind John Wiley & Sons,Inc. (US), 2004 4、国内外现状和发展趋势与研究的主攻方向 4.1 国内现状 ： 抽油机是有杆采油系统的地面装置 ，主要分游梁式抽油机及无游梁式抽油机两大类。无游梁式及各类节能型抽油机，大多具有冲程长、重量轻、能耗低等特点，但在可靠性及对野外环境的适应性方面远远不及游梁式抽油机。 API SPEC11E抽油机规范是美国石油学会制定的抽油机标准，该标准较为科学地规定了44 种偏置式抽油机的基本参数。可以满足世界不同地区的需要。该标准根据美国石油学会多年的研究成果，对抽油机的设计计算、结构设计、制造工艺乃至外观进行了详细的规定。世界上许多国家将该标准作为抽油机生产、订货的依据。 前苏联、罗马尼亚等国家各自制定了标准，但非常 接近。 我国根据自己的国情，结合个国标准的长处，制定了自己的抽油机标准。由于历史的原因，国内个厂家的抽油机在外观及结构设计上更接近前苏联的抽油机。 国际贸易中抽油机需求地区一般是工业较不发达的地区，它们没有本国的抽油机标准，大多数抽油机进口国如印尼、阿根廷、印度以及叙利亚、埃及等中东国家，均以 API 标准作为其订货的依据。在国际抽油机市场中， API 抽油机占主导地位。 美国拉夫金公司是生产 API 抽油机的典型代表。拉夫金公司具有一百年的历史，该公司产品 80%以上为按 API 标准制造的常规游梁式抽油机。其产品质量好，使用寿命长，销售网点遍布各地，是国际抽油机市场中强有力的竞争对手。 在国内，对抽油机进行模块化设计和制造还是空白。我国抽油机是在国标规范下由各厂自行设计和仿制，虽然发展了很多机型，但品种杂乱，同一型号的抽油机，其尺寸和结构各厂也不相同（即使同一厂的产品也各有不同），企业生产成本居高不下，难以形成合理的生产规模，同时，由于品种杂，互换性差，给油田使用单位的生产和管理带来极大不便。 基于此，为了更好地满足国内抽油机制造厂家的要求，按照 API 标准规定的要求，设计出全套的偏置抽油机图样，就显得更为重要。 4.2 国外 现状： 抽油机是油田采油生产中常用的地面举升设备，是采油井在自喷能力消失nts后，采用人工方式将油举升到地面的设备。从抽油机总的发展趋势看仍以游梁抽油机为主，同时向多样化、超大载荷、长冲程；自动化、智能化；节能、无油梁长冲程方向发展。 在抽油机的制造方面，世界上已有 100多家公司，主要集中在美国、俄罗斯、法国、加拿大、和罗马尼亚等国家，其中美国抽油机品种齐全，技术水平先进，质量较好，应用范围广泛。目前世界上抽油机最大的下泵深度达m4530 ，在美国 Reno油田上使用。俄罗斯的抽油机下泵深度为 m4000 。美国Lufkina公司制造的 A系列前置式气平衡抽油机最大载荷为 KN194 。国外 抽油机的制造企业也逐步向大公司靠拢，采用统一的技术生产，多种形式的无梁长冲程的抽油机的发展已日趋完善，抽油机自动化控制也被广泛使用，各种节能机型得到普遍推广，游梁式抽油机产品的系列化、标准化和通用化程度日益提高。 （ 1） 自动化、智能化抽油机 抽油机自动化、智能化控制技术的发展是近几年来抽油 机技术进步的一个显著特点，是成熟技术和高新技术集成化应用的具体体现。自动化抽油机具有实时测得油井运行参数，及时显示个记录并且通过计算机进行综合计算与分析功能，推荐最优工况参数、进一步指导抽油机以最优工况进行抽油的特点而成为最具有发展前景的抽油机。目前世界上比较先进的有美国 Baker、Delta-x、 APS和 Nsco等公司生产的自动化抽油机。 美国的 Delta-x公司研制了世界上第一台智能型抽油机，效率高，动力消耗少，自动化程度高，与常规抽油机相比，具有以下特点： 结构紧凑占地面积小。 是一种无游梁长冲 程抽油机，最大冲程长度大 12.19m，冲程可根据需要进行调节。 该抽油机具有防抽空和防液击的功能；节能效果好，电动机消耗功率可减少 10%到 30%。 冲次较低，运行较平稳，动载荷较小，可减轻抽油机各种零件的机械磨损，提高抽油机的使用寿命。 微处理机和电子控制器具有诊断功能，还配有示功器和数字显示以及数字传输机构，可将信息输入数据库。此外微机还有记忆功能，记录抽油机的抽汲情况，分析流动谱，以便对油田和油井及时做出决策，提高抽nts油机效率，降低采油成本，取得更好的抽油经济效益。 美国的 Baker公司开发的自动化 抽油机具有多种保护功能，一旦某些运行参数超过允许值时，会自动报警停车。此外还配有泵抽空控制器，确保安全可靠的进行抽油。 （ 2） 节能型抽油机 油田机械采油中，使用抽油机的油井占总数的 82.1%，由于抽油机井的系统效率较低大量的能量（ 70%以上）在传递过程中损失掉，因此，国内外都在致力于发展节能型抽油机。国外在节能型抽油机研制方面投入较大，研制和应用了许多新型节能型抽油机，在采油实践中，达到了节能、提高采油经济效益的目的。比较典型的有：低矮型抽油机、前置式抽油机、前置式气平衡抽油机、无游梁长冲程抽油机、轮式 抽油机及偏置型抽油机等，其中美国在节能抽油机方面走在前列。 （ 3） 无游梁长冲程抽油机 随着采油工艺的发展，长冲程的抽油机得到研制和应用。长冲程抽油方式可以提高抽油泵的泵效 10%到 25%，如美国加福尼亚洲的一口油井将 m1.2冲程改为 m10 冲程 ,日产量从 dm /4.13 3 提高到 dm /33 3 。目前长冲程抽油机已形成三大类：即增大冲程游梁抽油机、增大冲程无游梁抽油机和无游梁长冲 程抽油机。 （ 4） 大载荷抽油机 随着个油田油气资源的不断开发，油层深度逐年增加，含水量也不断增加，大泵提液采油工艺采用大型抽油机。 美国 Lufkin公司生产 C系列常规游梁抽油机最大载 KN165 ， M系列为KN6.193 ； A系列为 13KN2 。 法国 MaPe公司 H系列液压驱动无游梁长冲程抽油机最大载荷为 199kN。 苏联最大载荷为 00KN2 ，最大泵深度 m4000 。 加拿大最大气囊平衡抽油机在大载荷 27KN2 。 （ 5） 特种抽油机 连续抽油杆抽油机 在国外连续抽油杆抽油机的研究和应用，已经有多年的历史，并进行了油田试验。原苏联设计的钢带式连续杆抽油机是一种无游梁抽油机，在其滚筒上绕有细厂的钢带，钢带的一端固定在滚筒上，而另一端直接连接nts在井下具有特殊结构的抽油泵塞上。钢带在滚筒上卷绕和退绕使柱塞以一定的速度和运动范围进行。上、下冲程的换向通过动力机的反转来实现。该机冲程一般很长，一般 40到 m1500 。 ROTAFLEX型皮带抽油机 ROTAFLEX型皮带抽油机是美国 HLGHLAND公司专利产品。它是以一种纯机械传动的链条 -皮带抽油机，特别适合有杆泵的大排量深井提液，小泵提轴稠油开发。 4.3 发展趋势： 节能、增产、耐用， 是抽油机技术发展的必然趋势。人类面对资源环境压力，问题 已不是当初的可以抽油就行的使用理念，更不以图的结构简单就好。 同其它机械一样，随着生产力的发展，原材料和工艺技术的进步，抽油机也应该与时俱进的创新。 4.4 主攻方向 ： 要达到 节能、增产、耐用 这三重目标，必须面对 机、电、井，从系统工程的角度研究实现方案，任何单一的改良，都很难取得实质性的进步。抽油机从表象看似一个很简单的粗笨机械，其实不然，它涉及机械原理、力学、运动学、动力学、流体学的经典理论原理。它不光是实现自身的机械运动，更多的是关联着地下油液的渗透特性和活塞泵的充满度。它风吹、日晒、雨淋，是使用条件最苛刻的一种机械。它不仅只关联自身的机械效率，而且更关联油泵的充油效率。 5、主要研究内容、需重点研究的关键问题及解决思路 本项目的研究内容为： 1）、详细推导偏置抽油机四连杆机构的在不同位置时的几何关系、运动速度 、加速度公式； 2）、详细推导常规抽油机的承载机构受力计算公式、扭矩计算公式、扭矩因素及光杆位置因素计算公式 、平衡计算公式、电动机功率计算公式； 3）、在冲程 (S)为 m6.3 ，冲次数 (n)为 1min0.8 ，泵径 (D)为 mm38 的工作工况下，计算该抽油机的几何参数、运动参数、动力参数，并对抽油机的工作扭矩、平衡扭矩、净扭矩、泵挂深度、理论日产量、实际日产nts量、有效冲程长度、电动机功率、扭矩因素、光杆位置因素进行计算，并上机计算； 4）、完成抽油机的结构设计，并对主要承载零件进行校核计算，对皮带传动装置进行必要地设计； （ 2） 毕业设计 (论文 )的目标及具体要求 1）、抽油机总图一张 2）、游梁总成图、驴头总成图、曲柄平衡装置总成、连杆总成、支架总成、底座总图、横梁总图各一张 3）、零件图若干张 本项目的研究难点是： API 系列偏置抽油机各个部件摸的划分，如何减少模块的数量将是最重要的问题？从而减少抽油机制
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