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机械毕业设计论文
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机械毕业设计8API抽油机设计说明书,机械毕业设计论文
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A P I 抽 油 机 模 块 化 设 计 设 计 说 明 书 设 计：郭登明 余旭阳 编 写：郭登明 江 山 校 审： 郭登明 长江大学（石油学院）机械 工程 学院 二 OO 四年八 月三十日 nts 1 目 录 一、设计概述 2 二、总体参数规划 2 三、机构尺寸规划及计算结果 4 四、 结构设计与模块划分 7 五、模块的划分与三维建模 14 六、三维抽油机组装 23 附表一 ： 58 种 API 抽油机主要性能指标 24 nts 2 一、设计概述 本设计项目是根据江汉石油学院和中原石油勘探局机械制造总厂签定的 API 抽油机模块化设计合同书的要求进行的。 我国从上世纪 60 年代开始生产抽油机以后， 由于生产规模的不断扩大，生产抽油机的厂家起来越多，原来生产抽油机的专业化厂家，如：兰石、宝机、三机厂、四机厂等基本转产，取而代之的是各个油田机械制造厂，随着这些机械制造厂生产规模的不断壮大，国内抽油机市场上早已趋于饱和状态，这样就出现了供过于求的现状。中国加入 WTO 以后，由于出口环境的改善，机电产品的出口数量大幅上升，石油机械产品的出口也 从无到有 ，数量也在逐年不断地增加，这几年，抽油机的出口也成逐年上升的趋势。 在国际贸易中，抽油机需求地区一般是工业较不发达地区，他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。这些国家在定货时均以 API（美国石油学会）标准为依据，且大多数为常规型抽油机，而定货的特点是数量少，品种多，交货时间短。为此，对于一个抽油机生产厂家而言，要满足这些要求，从而赢得定单并非易事。这样，开发全套的 API 系列抽油机产品设计图样就显得非常重要了。为此，笔者运用 PRO/E 计算机绘图软件，建立抽油机零部件的三维模块化图库，开发出 55 种 API 常规抽油机设计图样，可基本满足国内抽油机出口品种的需要。 PRO/E 美国参数化技术公司（ PTC）推出的计算机三维 CAD 软件，它是当今世界机械工程领域最流行的计算机三维 CAD 软件之一。它采用单一的数据库，并集三维实体建模、装配造型、 NC自动编程和加工、有限元分析、机构运动仿真等功能于一体，其功能之强大，应用范围之广泛远非其它三维绘图软件能比的。为此，本设计采用 PRO/E 作为计算机绘图工具进行三维建模。 API 系列抽油机模块化设计的主要内容有：总体参数规划、尺寸规划及计算结果、结构设计、模块划分及三维建模、三维抽油机的组装等五个方面的内容。 二、总体参数规划 API（美国石油协会）抽油机规范（ API SPEC 11E） 中游梁 式抽油机的种类有四种，它们分别是：常规型抽油机、异相曲柄平衡抽油机、前置式气平衡抽油机、前置式曲柄平衡抽油机。至于其它类型的游梁式抽油机，目前还没有收录到该标准之中，同时，该标准规定了 77 种不同型号的常规型抽油机。 这些抽油机的悬点额定载荷从 9.5kN（ 2100 lb）至 213kN（ 47000 lb）；减速器的额定扭矩从 0.75kN.m（ 6400 in-lb）到 415 kN.m （ 3648000 in-lb）。考虑到目前世界各个产油国家油田的实际情况、定货情况以及结合我国的相关标准（如 SY5044-2000游梁式抽油机），对于悬点额定载荷小于 25 kN，减速器额定扭矩小于 3.0 kN.m 的和减速器额定扭矩大于 105 kN.m 的各种型号的常规型抽油机，由于其在实际中很少使用，而且到目前为止也没有出现这样的出口定单，为此，我们将这些型号的抽油机（ API SPEC 11E 中有 19 种）剔去，剩下的 API 系列抽油机只有 58 种了。 抽油机的的参数主要是：悬点额定载荷、冲次数和光杆冲程，由于这三个参数是独立的，分别代表抽油机主要性能指标，故我们称之为基本参数；另外，抽油机减速器的额定扭矩、电动机的装机功率，也是其重 要的技术参数，但它们不是独立的，而是由抽油机的基本参数决定的，故我们称之为总体参数。在规划这些参数的过程中，额定悬点载荷根据 API 标准提供的公称尺寸数据，进行公制转换、圆整即可；对于一台抽油机而言，一般有三到四个冲程，其中最大的光杆冲程可以依照API 标准提供的公称尺寸数据，进行公制转换、圆整，其它几个冲程则要根据计算求得。计算的论据是既要符合制造要求，又要满足冲程梯度的变化，即符合不同型号的抽油机最大冲程的变化规律。nts 3 单一的冲次数决定了抽油机运动速度，同时决定了抽油机各运动构件的动载荷，在规划抽油机的冲次数时 ，主要是考虑抽油机的平均抽吸速度，其值在一个较小的范围内变化，并且随着冲程的增加而增大。减速器的额定扭矩依照 API 标准提供的公称尺寸数据，进行公制转换、圆整，并且符合SY5044-2000游梁式抽油机的要求，需要指出的是：我国的减速器齿轮都是双圆弧齿轮， API标准中的减速器齿轮均是渐开线齿轮。但为了与我国的标准进行统一，本设计采用双圆弧齿轮，并且对于 SY/T5795-1993游梁式抽油机安装尺寸、易损件配合尺寸中没有列出的减速器（如 JSQ 4.5， JSQ 3.0， JSQ 146）我们将按照通用减速器 的标准进行设计。抽油机的装机功率是抽油机在指定工况下工作时的最大消耗功率，再考虑一定的储备系数（ 1.15），即可确定其装机功率。表一给出了 58 种 API 抽油机总体参数。 表 1 63 种 API 常规抽油机的总体参数规划 序号 抽油机型号 减速器额定扭矩(in-lb) 承载能力（ lb） 冲程长度（ in） 抽油机型号 冲程长度（ m） 冲次数 （ min-1） 装机功率（ kW） 英 制 米 制 1 C912-427-216 912000 42700 216 CYJ19-105-5.5 5.5 4.8 4.2 3.0 5.0 7.0 75.0 2 C912-470-240 912000 47000 240 CYJ21-105-6.0 6.0 5.4 4.5 3.0 4.5 6.0 75.0 3 C912-427-192 912000 42700 192 CYJ19-105-4.8 4.8 4.2 3.6 4.0 6.0 8.0 55.0 4 C912-305-192 912000 30500 192 CYJ14-105-4.8 4.8 4.2 3.6 4.0 6.0 8.0 55.0 5 C912-365-168 912000 36500 168 CYJ16-105-4.2 4.2 3.6 3.0 5.0 7.0 9.0 55.0 6 C912-305-168 912000 30500 168 CYJ14-105-4.2 4.2 3.6 3.0 5.0 7.0 9.0 55.0 7 C912-427-144 912000 42700 144 CYJ19-105-3.6 3.6 3.2 2.7 6.0 8.0 10 55.0 8 C640-305-192 640000 30500 192 CYJ14-73-4.8 4.8 4.2 3.6 4.0 6.0 8.0 55.0 9 C640-305-168 640000 30500 168 CYJ14-73-4.2 4.2 3.6 3.0 5.0 7.0 9.0 45.0 10 C640-365-144 640000 36500 144 CYJ16-73-3.6 3.6 3.2 2.7 6.0 8.0 10 45.0 11 C640-305-144 640000 30500 144 CYJ14-73-3.6 3.6 3.2 2.7 6.0 8.0 10 45.0 12 C640-256-144 640000 25600 144 CYJ12-73-3.6 3.6 3.2 2.7 6.0 8.0 10 45.0 13 C640-305-120 640000 30500 120 CYJ14-73-3.0 3.0 2.5 2.1 6.0 9.0 12 45.0 14 C456-305-168 456000 30500 168 CYJ14-53-4.2 4.2 3.6 3.0 5.0 7.0 9.0 45.0 15 C456-305-144 456000 30500 144 CYJ14-53-3.6 3.6 3.2 2.7 6.0 8.0 10 45.0 16 C456-256-144 456000 25600 144 CYJ12-53-3.6 3.6 3.2 2.7 6.0 8.0 10 45.0 17 C456-365-120 456000 36500 120 CYJ16-53-3.0 3.0 2.5 2.1 6.0 9.0 12 37.0 18 C456-305-120 456000 30500 120 CYJ14-53-3.0 3.0 2.5 2.1 6.0 9.0 12 37.0 19 C456-256-120 456000 25600 120 CYJ12-53-3.0 3.0 2.5 2.1 6.0 9.0 12 37.0 20 C320-256-144 320000 25600 144 CYJ12-37-3.6 3.6 3.2 2.7 6.0 8.0 10 37.0 21 C320-256-120 320000 25600 120 CYJ12-37-3.0 3.0 2.5 2.1 6.0 9.0 12 37.0 22 C320-213-120 320000 21300 120 CYJ10-37-3.0 3.0 2.5 2.1 6.0 9.0 12 37.0 23 C320-305-100 320000 30500 100 CYJ14-37-2.5 2.5 2.1 1.8 6.0 9.0 12 30.0 24 C320-256-100 320000 25600 100 CYJ12-37-2.5 2.5 2.1 1.8 6.0 9.0 12 30.0 25 C320-213-86 320000 21300 86 CYJ10-37-2.2 2.2 1.9 1.6 12 15 18 30.0 26 C228-213-120 228000 21300 120 CYJ10-26-3.0 3.0 2.5 2.1 6.0 9.0 12 30.0 27 C228-173-100 228000 17300 100 CYJ8-26-2.5 2.5 2.1 1.8 6.0 9.0 12 30.0 nts 4 28 C228-246-86 228000 24600 86 CYJ12-26-2.2 2.2 1.9 1.6 9 12 15 30.0 29 C228-213-86 228000 21300 86 CYJ10-26-2.2 2.2 1.9 1.6 9 12 15 30.0 30 C228-200-74 228000 20000 74 CYJ9-26-1.9 1.9 1.6 1.4 9 12 15 22.0 31 C228-173-74 228000 17300 74 CYJ8-26-1.9 1.9 1.6 1.4 9 12 15 22.0 32 C160-173-86 160000 17300 86 CYJ8-18-2.2 2.2 1.9 1.6 9 12 15 22.0 33 C160-200-74 160000 20000 74 CYJ9-18-1.9 1.9 1.6 1.4 9 12 15 22.0 34 C160-173-74 160000 17300 74 CYJ8-18-1.9 1.9 1.6 1.4 9 12 15 22.0 35 C160-143-74 160000 14300 74 CYJ6.5-18-1.9 1.9 1.6 1.4 9 12 15 22.0 36 C160-173-64 160000 17300 64 CYJ8-18-1.6 1.6 1.4 1.1 12 15 18 22.0 37 C114-119-86 114000 11900 86 CYJ5.5-13-2.2 2.2 1.9 1.6 9 12 15 22.0 38 C114-143-74 114000 14300 74 CYJ6.5-13-1.9 1.9 1.6 1.4 9 12 15 22.0 39 C114-173-64 114000 17300 64 CYJ8-13-1.6 1.6 1.4 1.1 12 15 18 22.0 40 C114-143-64 114000 14300 64 CYJ6.5-13-1.6 1.6 1.4 1.1 12 15 18 22.0 41 C114-133-54 114000 13300 54 CYJ6.0-13-1.4 1.4 1.1 0.9 15 18 21 22.0 42 C80-119-64 80000 11900 64 CYJ5.5-9.0-1.6 1.6 1.4 1.1 15 18 21 18.5 43 C80-133-54 80000 13300 54 CYJ6-9.0-1.4 1.4 1.1 0.9 15 18 21 18.5 44 C80-119-54 80000 11900 54 CYJ5.5-9.0-1.4 1.4 1.1 0.9 15 18 21 18.5 45 C80-133-48 80000 13300 48 CYJ6-9.0-1.2 1.2 0.9 0.6 15 18 21 18.5 46 C80-109-48 80000 10900 48 CYJ5-9.0-1.2 1.2 0.9 0.6 15 18 21 18.5 47 C57-76-54 57000 7600 54 CYJ3.5-6.5-1.4 1.4 1.1 0.9 15 18 21 15.0 48 C57-109-48 57000 10900 48 CYJ5-6.5-1.2 1.2 0.9 0.6 15 18 21 15.0 49 C57-95-48 57000 9500 48 CYJ4.5-6.5-1.2 1.2 0.9 0.6 15 18 21 15.0 50 C57-89-42 57000 8900 42 CYJ4-6.5-1.0 1.0 0.8 0.6 18 21 24 15.0 51 C57-76-42 57000 7600 42 CYJ3.5-6.5-1.0 1.0 0.8 0.6 18 21 24 15.0 52 C40-76-48 40000 7600 48 CYJ3.5-4.5-1.2 1.2 0.9 0.6 18 21 24 11.0 53 C40-89-42 40000 8900 42 CYJ4-4.5-1.0 1.0 0.8 0.6 18 21 24 11.0 54 C40-76-42 40000 7600 42 CYJ3.5-4.5-1.0 1.0 0.8 0.6 18 21 24 11.0 55 C40-89-36 40000 8900 36 CYJ4-4.5-0.9 0.9 0.7 0.5 18 21 24 11.0 56 C25-67-36 25000 6700 36 CYJ3-3.0-0.9 0.9 0.7 0.5 18 21 24 7.5 57 C25-56-36 25000 5600 36 CYJ2.5-3.0-0.9 0.9 0.7 0.5 18 21 24 7.5 58 C25-53-30 25000 5300 30 CYJ2.4-3.0-0.75 0.7 0.6 0.4 21 24 27 7.5 在上表规划结果中，每一种型号的给出了三个冲程 (对于长冲程抽油机 ,一般都有四个冲程长度 )和三个冲次，为进一步的结构设计作准备；同时，为了实现低冲次，并且满足使用要求， 减速器均设计成二级减速器，相应的采用 Y 自系列的 6 级、 8 级或 10 级电动机。 三、尺寸规划及计算结果 游梁式抽油机四连杆机构的尺寸决定了其运动性能、动力性能及其能耗。长期以来，游梁式抽油机四连杆机构尺寸的确定成为许多学者和设计人员的研究对象。在这方面，已有大量的文章见诸于各个专业杂志上 ，其中，有不少的文章是关于游梁式抽油机四连机构参数的优化设计，文献 1、2、 3、 4从不同的角度论述了抽油机四杆机构的尺寸优化设计问题。这些优化计算的结果都是对一个单一的抽油机机构模型而进行的，对于 API 抽油机系列设计来说，如果对每一种型号的抽油nts 5 机按照优化设计的方法进行设计，那么，可能得到的结果是每一种抽油机的四杆机构的尺寸都是相互独立的，并且与另一种相近型号的抽油机没有多大的关联，这样做，不仅设计、绘图的工作量很大，而且加工的零件也很多，工装夹具的数量也不少，相应的每一台抽油机的制造成本就较高 了。对于系列化设计而言，应当更主要地体现规模化设计的特点，即：设计工作量小，工装夹具少，加工成本低，产品通用性好等优点，只有这样，才能降低产品制造成本，满足出口用户的定货需求，即：数量少，规格多。为此，我们的设计原则是：在优先保证四杆机构尺寸数量最少的条件下，再考虑每一种四杆机构尺寸的最优性能，同时，还应考虑由于抽油机型号的不同，从而使用不同的轴承座对抽油机四杆机构尺寸的影响。 图 1 为游梁式抽油机四连杆机构的尺寸示意图，在图中， H 为抽油机底座底平面至支架轴承中心的高度，它取决于抽油机的最大冲程长度，并决定抽 油机的高度，其具体计算方法是： H=S max H c H h 0.2 0.25 （ m） 式中， S max 最大冲程长度 （ m）； H c 井口装置高度 （ m），一般为： 1.2 1.5（ m）； H h 悬强绳器高度 （ m），一般为： 0.35 0.4（ m）。 A 为游梁前臂长度，其大小取决于冲程长度和游梁的摆角，值得说明的是，前苏联和我国都是采用大摆角（约 1 弧度），而美国则是采用小摆角（一般为 44 46），大摆角抽油机的特点是结构紧凑，但动力性能差，扭矩特性差，能耗高；大小摆角抽油机的特点是结构 庞大，但动力性能好，扭矩特性好，能耗低。在本次设计中，采用游梁小摆角设计。具体来说，当冲程长度小于 4.2 m（含4.2 m）时，游梁的摆角为 44 46；当冲程长度大于 4.2 m 时，游梁的摆角为 51 53。 G为减速器输出轴中心线至底座底平面的距离，其大小决定了抽油机曲柄的长短，从而影响平衡块的重量， G 越大，曲柄长度越长，在同一平衡扭矩的条件下，平衡块越轻。由机架 K、曲柄 R、连杆P 及游梁后臂 C 构成曲柄摇杆机构我们称之为曲柄连杆机构，其尺寸的大小及分配决定了抽油机的运动性能、动力性能及其能耗。在设计和规划 曲柄连杆机构尺寸时，先以减速器输出轴净扭矩的最大波动值为目标函数，优化出一组曲柄连杆机构的尺寸，再以该尺寸为基础，考虑各种型号抽油机之间的相互关联，从而确定其它相邻型号抽油机曲柄连杆机构的尺寸。按照 API 抽油机规范 5（ API SEPC 11E）之规定， 58 种不同型号的常规抽油机四连杆机构的尺寸结果列于表 2 中。 表二、 58 种 API 系列常规抽油机几何尺寸表 UNIT A C I P H G H-G R S R1 R2 R3 R4 S1 S2 S3 S4 912-427-216 (19-105-5.5) 6600 3460 3505 5095 8510 3430 5080 1400 1200 1000 5556 4803 4067 912-470-240 (21-105-6.0) 6600 3460 3505 5095 8510 3430 5080 1530 1330 1130 930 6094 5330 4589 3865 912-427-192 (19-105-4.8) 5330 3050 3050 3770 6650 2820 3830 1350 1150 950 750 4907 4209 3535 2879 912-305-192 (14-105-4.8) 5330 3050 3050 3770 6650 2820 3830 1350 1150 950 750 4907 4209 3535 2879 912-365-168 (16-105-4.2) 5330 3050 3050 3770 6650 2820 3830 1190 1010 830 4317 3732 3166 912-305-168 (14-105-4.2) 5330 3050 3050 3770 6650 2820 3830 1190 1010 830 4317 3732 3166 912-427-144 (19-105-3.6) 4570 3050 3050 3770 6650 2820 3830 1190 1010 830 3697 3199 2714 640-305-192 (14-73-4.8) 5330 3050 3050 3770 6650 2820 3830 1350 1150 950 750 4907 4317 3732 3166 640-305-168 (14-73-4.2) 5330 3050 3050 3770 6650 2820 3830 1190 1010 830 4317 3732 3166 640-365-144 (16-73-3.6) 4570 3050 3050 3770 6650 2820 3830 1190 1010 830 3697 3199 2714 640-305-144 (14-73-3.6) 4570 3050 3050 3770 6650 2820 3830 1190 1010 830 3699 3204 2716 nts 6 640-256-144 (12-73-3.6) 4570 3050 3050 3770 6650 2820 3830 1190 1010 830 3699 3204 2716 640-305-120 (14-73-3.0) 3935 2820 2820 3390 5900 2440 3460 1060 910 760 3048 2609 2159 456-305-168 (14-53-4.2) 5330 3050 3050 3770 6650 2820 3830 1190 1010 830 4317 3732 3166 456-305-144 (14-53-3.6) 4570 3050 3050 3770 6650 2820 3830 1190 1010 830 3699 3204 2716 456-256-144 (12-53-3.6) 4570 3050 3050 3770 6650 2820 3830 1190 1010 830 3699 3204 2716 456-365-120 (16-53-3.0) 3935 2820 2820 3390 5900 2440 3460 1060 910 760 3072 2609 2159 456-305-120 (14-53-3.0) 3935 2820 2820 3390 5900 2440 3460 1060 910 760 3072 2609 2159 456-256-120 (12-53-3.0) 3935 2820 2820 3390 5900 2440 3460 1060 910 760 3070 2608 2159 320-256-144 (12-37-3.6) 4570 3050 3050 3770 6650 2820 3830 1190 1010 830 3706 3204 2716 320-256-120 (12-37-3.0) 3935 2820 2820 3390 5900 2440 3460 1060 910 760 3070 2608 2159 320-213-120 (10-37-3.0) 3935 2820 2820 3390 5900 2440 3460 1060 910 760 3070 2608 2159 320-305-100 (14-37-2.5) 3275 2820 2820 3390 5900 2440 3460 1060 910 760 2555 2171 1798 320-256-100 (12-37-2.5) 3275 2820 2820 3390 5900 2440 3460 1060 910 760 2555 2171 1798 320-213-86 (10-37-2.2) 2820 2440 2440 2895 4980 2010 2970 940 810 680 2245 1923 1611 228-213-120 (10-26-3.0) 3935 2820 2820 3390 5900 2440 3460 1060 910 760 3070 2608 2159 228-173-100 (8.0-26-2.5) 3275 2440 2440 2895 4980 2010 2970 940 810 680 2608 2235 1872 228-246-86 (11-26-2.2) 2820 2440 2440 2895 4980 2010 2970 940 810 680 2197 1867 1548 228-213-86 (10-26-2.2) 2820 2440 2440 2895 4980 2010 2970 940 810 680 2245 1923 1611 228-200-74 (9.0-26-1.9) 2440 2440 2440 2895 4980 2010 2970 940 810 680 1941 1663 1393 228-173-74 (8.0-26-1.9) 2440 2135 2135 2380 4210 1760 2450 810 680 550 1951 1622 1308 UNIT A C I P H G H-G R S R1 R2 R3 R4 S1 S2 S3 S4 160-173-86 (8.0-18-2.2) 2820 2440 2440 2895 4980 2010 2970 940 810 680 2245 1923 1611 160-200-74 (9.0-18-1.9) 2440 2440 2440 2895 4980 2010 2970 940 810 680 1941 1663 1393 160-173-74 (8.0-18-1.9) 2440 2440 2440 2895 4980 2010 2970 940 810 680 1941 1663 1393 160-143-74 (6.5-18-1.9) 2440 2135 2135 2380 4210 1760 2450 810 680 550 1919 1602 1295 160-173-64 (8.0-18-1.6) 2135 2135 2135 2380 4210 1760 2450 810 680 550 1680 1402 1137 114-119-86 (5.5-13-2.2) 2820 2135 2135 2380 4210 1760 2450 810 680 550 2220 1853 1498 114-143-74 (6.5-13-1.9) 2440 2135 2135 2380 4210 1760 2450 810 680 550 1919 1602 1295 114-173-64 (8.0-13-1.6) 2135 2135 2135 2380 4210 1760 2450 810 680 550 1680 1402 1137 114-143-64 (6.5-13-1.6) 2135 2135 2135 2380 4210 1760 2450 810 680 550 1680 1402 1137 114-133-54 (6.0-13-1.4) 1830 1625 1625 1890 3200 1300 1900 610 500 390 1411 1164 924 80-119-64 (5.5-9.0-1.6) 2135 1625 1625 1890 3200 1300 1900 610 500 390 1648 1358 1078 80-133-54 (6-9-1.4) 1830 1625 1625 1890 3200 1300 1900 610 500 390 1411 1164 924 80-119-54 (5.5-9-1.4) 1830 1625 1625 1890 3200 1300 1900 610 500 390 1411 1164 924 80-133-48 (6-9-1.2) 1625 1625 1625 1890 3200 1300 1900 610 500 390 1257 944 643 80-109-48 (5-9-1.2) 1625 1625 1625 1890 3200 1300 1900 610 500 390 1257 944 643 57-76-54 (3.5-6.5-1.4) 1830 1625 1625 1890 3200 1300 1900 610 500 390 1411 1164 924 57-109-48 (5-6.5-1.2) 1625 1625 1625 1890 3200 1300 1900 610 500 390 1257 944 643 57-95-48 (4.5-6.5-1.2) 1625 1625 1625 1890 3200 1300 1900 610 500 390 1257 944 643 57-89-42 (4-6.5-1.0) 1425 1225 1220 1550 2710 1150 1560 460 355 250 1106 847 598 57-76-42 (3.5-6.5-1.0) 1425 1225 1220 1550 2710 1150 1560 460 355 250 1106 847 598 nts 7 40-76-48 (3.5-4.5-1.2) 1625 1225 1220 1550 2710 1150 1560 460 355 250 1266 968 684 40-89-42 (4-4.5-1.0) 1425 1225 1220 1550 2710 1150 1560 460 355 250 1106 847 598 40-76-42 (3.5-4.5-1.0) 1425 1225 1220 1550 2710 1150 1560 460 355 250 1106 847 598 40-89-36 (4-4.5-0.9) 1225 1225 1220 1550 2710 1150 1560 460 355 250 957 732 517 25-67-36 (3-3.0-0.9) 1225 1225 1220 1550 2710 1150 1560 460 355 250 957 732 517 25-56-36 (2.5-3.0-0.9) 1225 1225 1220 1550 2710 1150 1560 460 355 250 957 732 517 25-53-30 (2.4-3.0-0.75) 1145 920 915 1260 2300 940 1360 305 784 从附表 2 可以看出： 1、 一种型号的抽油机给出 2 至 4 种冲程长度，并且，每一种四杆机构的尺寸可以表征几种不同型号的抽油机； 2、 对于冲程长度、减速器额定扭矩不同的抽油机，其曲柄连杆机构的尺寸相同，在结构设计时，采用调整减速器底座高度的方法予以解决； 3、 对于冲长度相同，减速器额定扭矩相同，由于悬点载 荷不同而导致轴承座不同的抽油机，在结构设计中，采用调整支架高度的方法予以解决。 58 种 API 抽油机的主要性能指标计算结果列于表三中 四、结构设计与模块划分 二维草绘结构设计的目的是对抽油机的基本结构进行勾化设计 ,即绘出抽油机各个零部件的轮廓图、主要相互关联要素及装配位置关系图，以简减少三维建模时的设计工作量，同时，对于不进行三维建模的零部件（如钢丝绳、电动机等），直接进行定型设计（确定其长度、规格型号等）。美国 LUFKIN 公司是全球最大的抽油机制造商，其产品遍布全球各产油国，具有广泛的代表性，并且其 产品符合 API 标准规定的性能参数。在本次 API 抽油机设计中，笔者根据 API 标准提供的参数，参照 LUFKIN 公司的产品结构，结合国内抽油机标准（如 SY/T 5044 20000游梁式抽油机、 SY/T 5795 93游梁式抽油机安装尺寸、易损件配合尺寸）进行设计的，图 1 为 API 抽油机的基本结nts 8 构。 1、 驴头 驴头的作用是将游梁的往复摆动转化为吊绳的上下直线运动。从机构学来讲，它是一种绳轮机构。我国抽油机驴头常用的结构型式有上翻式、侧转式及重力式三种，国外抽油机的驴头多采用悬挂式驴头。这种驴头的结构特点是 制作比较简单，易于安装，可靠性高，最大的缺点是在修井作业时，必须将整个驴头卸下，操作工作量大。本次设计采用悬挂式驴头结构型式 ，其具体结构如图所示 。它是用钢板组焊而成的一个箱形结构，其厚度为 450mm， 400mm， 350mm， 300mm 等 4 种；侧板使用 Q235 的钢板，钢板的厚度分别为 12mm， 10mm， 8mm， 6mm 等 4 种 .同样，钢丝绳架和驴头销轴也有 4 种不同的规格。 图 2 驴头结构二维图 2、 游梁 游梁是一种扛杆，它是抽油机的主要承载构件， 也是抽油机最大应力出现的构件，对游梁的设计主要考虑其强度和稳定性。国内在常规抽油机的设计过程中，游梁的结构只有两种，一种是箱形结构（用于重型抽油机），另一种 H 型结构（用于中型或轻型抽油机），本次设计采用 H 型结构，如图 2 所示，对于重型抽油机，其游梁结构设计成如图 2（ a） 所示，对于轻型或中型抽油机，其游梁结构设计成如图 2（ b） 所示，这种结构的游梁可以去掉扶手、人行走道等装置，并且行走方便，不足之处是侧向刚度较差。游梁的高度分别为 1200 mm， 1000 mm， 900 mm， 800 mm， 700 mm， 600 mm，500 mm， 400 mm， 350mm 等 9 种尺寸；翼板、侧板使用 Q235 的钢板，钢板厚度为： 30mm， 25mm，20mm， 16mm， 12mm， 10mm 等 5 种规格。各游梁一般焊有加强板和吊耳等附件。 nts 9 图 3 游梁结构二维图 3、 支架 支架的主要作用是支承游梁，其高度必须满足抽油机的冲程长度、井口高度及悬绳器的正常工作需要。同时，支架与游梁、连杆、曲柄及底座一起构成抽油机的四连杆机构，保证抽油机的正常工作。支架的结构型式有两种，一种是四腿支架 ，它主要由角钢焊接而成，其特点是制造方便，刚度大，但是体积大，运输困难（对于重型抽油机尤其突出），国内的常规抽油机和部分偏置抽油机采用这种结构的支架；另一种是三腿支架，它是用工字钢和槽钢组焊而成，它的特点是开度大，运输方便，但安装困难；其另一个优点是当它的后腿与减速器座相联时，使底座不受弯曲应力的作用，从而保证底座不会出现断裂的情况。国内的部分偏置抽油机采用这种结构的支架，国外的常规抽油机和偏置抽油机均使用三腿支架。本次设计的支架全部采用三腿结构，支架前面的两个主腿采用单根的工字钢，后腿采用两个槽钢对焊，并 间断补强，制作时，将前腿和后腿分开，现场安装时将支架后腿按要求组装并锁紧即可。 nts 10 图 4 游梁截面结构型式图 图 5 支架二维结构图 4、 底座 底座的作用是承受整个抽油机及悬点载荷的全部重量，并使抽油机的支架、减速器及电动机装置连成一体。底座有门型和 T 型两种，国内常规抽油机和部分偏 置抽油机采用门型底座，部分偏置抽油机采用 T 型底座。本次设计全部采用 T 型底座，这种底座的优点是稳定性能好，特别适合三腿支架，尤其是超重型抽油机，必须采用这种结构的底座。底座上焊有减速器座和电动机座，一般来说，电动机座有两种布置方式，一种是直接在底座的主梁上焊接电动机导轨，它的特点是抽油机运转平稳，但耗材多；另一种是用不同的型钢单独制作一个电动机座，然后将该座焊接或铆接在主座上，它的特点是节省材料。对于雨多的地区，还应当防止电动机淹水的现象产生，为此，本次设计将电动机座抬高 500 1000 ，对于少雨地区，可将 电动机座放置到与主底座对齐的位置。 nts 11 图 6 底座三维结构图 5、 曲柄平衡装置 抽油机的平衡历来是被许多学者和现场工作人员所关注，因为平衡的好坏直接影响抽油机的能耗和寿命。对于游梁式抽油机而言，平衡可分为机械平衡和气动平衡，机械平衡也有曲柄平衡、游梁平衡及复合平衡之分，从平衡效果来看，游梁平衡最好，复合平衡次之，曲柄平衡最差，但从安全性来考虑，则正好相反。从现场使用的情况来看，轻型抽油机使用游梁平衡，中型抽油机使用曲柄平衡，重型抽油机则使用复合。本 次设计同样照此原则进行，只是在轻型抽油机设计的过程中尽量多采用曲柄平衡，主要是因为简化结构，便于各个模块之间的相互组装，以最少的模块来组装出最多的抽油机，从而工装夹具的设计，降低生产成本，提高产品的出口竞争力。根据抽油机的不同型号，曲柄的宽度为 600 ， 500 ， 400 及 300 等 4 种规格。曲柄的长度则取决于减速器输出轴中心线至底座底平衡的高度，平衡块的重量从 30 kN 到 30 kN 不等，这主要是取决于抽油机的承载能力。 6、 皮带传动装置 皮带传动装置的作用是将电动机的高速运动传递给减速器，并作适当的 减速，主要有大皮带轮、小皮带轮及三角胶带组成。本次设计时，皮带全部采用普通三角胶带，当减速器的额定扭矩不超过53 kN.m 时，使用普通 C 型三角胶带，其它的机型则使用普通 D 型三角胶带，至于三角胶带的根数则视其传递的功率而定，长度则根据电动机装置的结构确定，每一种型号的抽油机配备有三个不同直径的小皮带轮，以满足抽油 机三个不同冲次数的需要，大皮带轮则是每一种型号的减速器配备一个，表 3 给出了 API 常规抽油机皮带轮规格尺寸。 表 3 55 种 API 常规抽油机的小皮带轮直径 序号 抽油机型号 传动比 中心距 中心高 大带轮 小带轮 1 小带轮 2 小带轮 3 冲次数 （ min-1） 装机功率（ kW） 额定转速 nts 12 1 C912-427-216 30.28 1200 750 1350 280 350 430 4.0 5.0 6.0 75.0 2 C912-470-240 30.28 1200 750 1350 280 350 430 4.0 5.0 6.0 75.0 3 C912-427-192 30.28 1200 750 1350 220 330 430 4.0 6.0 8.0 55.0 (740) 4 C912-305-192 30.28 1200 750 1350 220 330 430 4.0 6.0 8.0 55.0 5 C912-365-168 30.28 1200 750 1350 280 380 500 5.0 7.0 9.0 55.0 6 C912-305-168 30.28 1200 750 1350 280 380 500 5.0 7.0 9.0 55.0 7 C912-427-144 30.28 1200 750 1350 330 430 520 6.0 8.0 10 55.0 8 C640-365-192 31.733 1000 620 1120 220 300 400 4.0 6.0 8.0 55.0 9 C640-305-168 31.733 1000 620 1120 250 330 430 5.0 7.0 9.0 45.0 10 C640-365-144 31.733 1000 620 1120 300 400 500 6.0 8.0 10 45.0 11 C640-305-144 31.733 1000 620 1120 300 400 500 6.0 8.0 10 45.0 12 C640-256-144 31.733 1000 620 1120 300 400 500 6.0 8.0 10 45.0 13 C640-305-120 31.733 1000 620 1120 220 330 430 6.0 9.0 12 45.0 (980) 14 C456-305-168 30.193 1000 600 1120 220 300 400 5.0 7.0 9.0 45.0 (740) 15 C456-305-144 30.193 1000 600 1120 280 400 520 6.0 8.0 10 45.0 16 C456-256-144 30.193 1000 600 1120 280 350 430 6.0 8.0 10 45.0 17 C456-365-120 30.193 1000 600 1120 220 330 430 6.0 9.0 12 37.0 (980) C 18 C456-305-120 30.193 1000 600 1120 220 330 430 6.0 9.0 12 37.0 19 C456-256-120 30.193 1000 600 1120 220 330 430 6.0 9.0 12 37.0 20 C320-256-144 31.30 850 560 980 180 250 300 6.0 8.0 10 37.0 21 C320-256-120 31.30 850 560 980 180 280
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