双驴头抽油机运动特性.docx

双驴头抽油机运动特性王常斌 , 朱云伟( 东北石油大学 石油工程学院 ,黑龙江 大庆 163318 )摘 要 :根据双驴头抽油机变长四连杆机构的几何关系和运动特点 ,提出游梁的摆角迭代计算方法 ,得到游梁摆角变化规律以及悬点运动的位移、速度和加速度计算公式 ,给出双驴头悬点运动规律的通用计算方法. 实例计算表明 ,该方 法计算简单、适用性强 ,适用于后驴头为圆孤曲面的双驴头抽油机 , 对其他曲面双驴头抽油机运动特性研究也有参考 意义.关 键 词 :双驴头抽油机 ; 运动特性 ; 位移 ; 速度 ; 加速度中图分类号 : T E933文献标识码 : A文章编号 :100021891 ( 2011) 0220086205引言双驴头抽油机是将常规游梁式抽油机的游梁后臂加装后驴头 ,用驱动绳代替连杆的硬连接 ,形成变长 的四连杆机构 ,以改善动力特性 ,在矿场中得到普遍应用 1 - 6 .抽油机悬点的动力特性是抽油井系统设计的依据 ,而运动特性又是研究动力特性的基础. 目前对于游梁式抽油机四连杆机构的运动特性的描述已经成熟 7 - 8 ,但对于双驴头抽油机变长四连杆机构的运动特 性研究较少. 戴扬、杨冬平等给出双驴头抽油机的几何关系计算 9 - 11 ,并通过速度瞬心法得到悬点运动速 度和加速度的计算结果 12 - 14 ,但没有给出曲柄转角和悬点运动位移计算方法. 曲柄转角 、悬点运动位移是进一步计算悬点运动速度和加速度的基础 ,因而悬点运动速度和加速度计算结果有待于进一步验证.为此 ,根据双驴头抽油机变长四连杆机构的几何关系和运动特点 ,通过定义游梁摆角 ,提出游梁摆角 的迭代计算方法 ,给出悬点运动速度和加速度求解方法.0游梁摆角双驴头抽油机结构见图 1 . 其中 : 为曲柄转角 ;为游梁的摆角; L 为连杆与柔性杆总长度; a 为游梁 前臂长度 ; H - G 为支架轴心与减速箱轴心的垂直距离 ; I 为支架轴心与减速箱轴心的水平距离; R1 为支 点到后驴头圆心的距离; R2 为后驴头半径; r 为曲柄半径. 设曲柄以 12 点钟位置起 , 以角速度沿顺时针 方向转动.为研究双驴头抽油机悬点运动规律 , 需要确定后驴头孤面中心 O2 随曲柄转角的变化关系. 在定义游 梁摆角的基础上 , 根据连杆与柔性钢丝绳的长度为定值条件和相应的几何关系 , 建立游梁摆角的迭代求解方法.由图 1 , 假设对应于曲柄转角 , 游梁的摆角为, O2 的位置为1=+ R1 si n ;x O2y O2x O1( 1)R1 co s .=-y O1通过 O2 位置可以确定 T 的位置 5 :x2=A 0-B 0 y2 ;( 2)21B+B- AC .111y2 =A 1收稿日期 :2010207205 ; 审稿人 :刘巨保 ; 编辑 : 任志平作者简介 :王常斌( 1964 - ) ,男 ,博士 ,教授 ,主要从事计算流体力学和复杂流体流动与处理技术方面的研究.86 第 2 期王常斌等 :双驴头抽油机运动特性图 1 双驴头抽油机结构示意R22 + ( R si n - y) R si n - y O2O22其中 A 0 =; A 1 = 1 + B 0 ; B 1 = ( A 0 -x O2 ) B 0 + y O2 ; C1 = ( A 0 -+ x O2 ; B 0 =Rco s -Rco s -x O2x O22 + y22x O2 ) O2 -R2 .由 T 的位置可以求出 D T 的长度 l 为( x2 - rsi n ) 2- rco s ) 2 .l =+ ( y2( 3)或由直角三角形 D T O2 求得 l 为l =后驴头钢丝绳包心角为222( x O2- rsi n )+ ( y O2rco s )-R2 .L - l . =( 4)R 2可由总长度 L 推算得到 , 使得点 M 与点 O2 的连线不一定过游梁支点 O1 ( 见图 2) , 且线段 M O2 与垂线的夹角也不等于, 设之 为1 . 只有二者相等时 , 点 M , O1 , O2 才共线 , 游梁摆角才为正确解.设x m = - R2 si n 1 ;x O2( 5)y m =+ R2 co s 1 .y O2根据计算得到和两点间距离公式 , 以弦长 T M 相等建立方程 :( x m - x2 ) 2 + ( y m - y2 ) 2 = 2 R2 1 - co s ) .2 ( )6将式 ( 5) 代入式 ( 6) 中 , 整理得图 2后驴头结构关系x2 ) si n 1y2 ) co s 1 + R2 co s = 0 .( 7)( x O2+ ( y O2-式 ( 7) 为一个三角函数方程 , 在求解过程中 , 涉及到三角函数的一元二次方程求解问题 , 虽然有多种求法 ,但实现起来有一定难度.87 大 庆 石 油 学 院学 报第 35 卷2011 年24 A 1 C1-B 1B 1-1= a rcco s,( 8)2 A 1x2 ) R2 co s ; C2其中 A 1 = R2 ; B 2= R2 co s2-= - 2 ( x-( y-22O2O2y2 ) 2 . 式 ( 8) 中当0 时 , 取正号; 反之 , 取负号.游梁摆角迭代求解过程见图 3 .死点位置根据曲柄与连杆共线计算悬点位移. ( 1) 连杆与曲柄的斜率相等 :x D y 2 = x2 y D .2( 9)( 2) 以= 0 为条件 :曲柄连杆的几何关系见图 4 .可以表示为 = - ( +) ,.( 10)x D -x2其中= a rct a ny2 - y D悬点为下死点时 ,=, 即 += 0 ; 悬点为上死点时 ,= 0 , 即 +=. 不论是用哪一个判定条件 , 都需要进行数值求解 , 并且以确 定游梁摆角为前提.悬点运动参数抽油机悬点运动参数包括悬点的位移 、速度和加速度. 其中加速 度是影响抽油机动力特性的参数. 确定悬点下死点位置即确定曲柄 在上死点时对应的转角 , 也就是确定悬点处于下死点时的摆角 , 记为 min , 则悬点位移可表达为3图 3 游梁摆角迭代计算过程= a (- min ) .S( 11)速度由速度瞬心法得到 :ar si n ( 12)v =csi n ,2y2 ) .由式 ( 10) 计算 , 则为2其中 c =( x O1 - x2 ) + ( yO1 -22 2l+ c - J = a rcco s( 13).2 cl利用速度随曲柄转角的变化关系求导得出加速度 aslt 为= d v .aslt( 14)d t图 4 曲柄连杆的几何关系实例计算根据双驴头抽油机运动特性计算方法 , 采用基础数据 ( 见表 1) 13 , 迭代求解游梁摆角与曲柄转角的关 系曲线 ( 见图 5 ( a) ) , 该方法在 - 90 180范围内适用 , 具有一定的通用性.由图 5 (a) 知 ,连杆与柔性杆总长度越小 ,游梁摆角的幅度越大 ,即冲程越大 (见图 5 ( b) ) . 由图 5 ( b) 可 见 ,对于双驴头抽油机 ,除了通过调整曲柄回旋半径调冲程以外 ,还可以通过改变连杆与柔性杆总长度调节冲程 ,但要注意抽油机运动特性和动力特性的变化.在确定游梁摆角与曲柄转角的关系的基础上 ,应用式 (12) 计算悬点运动速度与曲柄转角的关系 (见图6 (a) ) . 由速度计算数据 ,采用数值微分方法给出悬点运动加速度与曲柄转角的关系 ( 见图 6 ( b) ) ,这与文 献 11 ,13 方法有所不同.88 4第 2 期王常斌等 :双驴头抽油机运动特性图 5 游梁摆角 、悬点位移与曲柄转角的关系曲线图 6 抽油机悬点速度、悬点加速度与曲柄转角的关系曲线表 1 双驴头抽油机基础数据mrLa R1 R2IH - G1 . 2506 . 347 3 . 714 0 . 800 2 . 550 2 . 350 5 . 000由图 6 (a) 可以看出 ,悬点速度随曲柄转角变化曲线接近正弦曲线 ,随着连杆与柔性杆总长度 L 的 减小 ,速度增大 ;同时 , L 不同 ,上冲程对应的相位角 不同. 当 L 6 . 72 m 时 ,上冲程相位角大于 180( 见 图 7) . 由图 6 ( b) 可以看出 , L 越小 , 加速度变化越平稳.图 7 连杆与柔性杆总长度对上冲程相位角的影响结论(1) 建立双驴头抽油机游梁摆角的迭代计算方法 ,并通过计算机编程程予以实现 ,给出实现后的计算 结果 ,为研究双驴头抽油机悬点运动规律提供依据.(2) 给出不同于前人的游梁摆角的计算方法 ,即通过确定曲柄转角的运动规律求解悬点运动速度与加 速度 ,还给出悬点运动位移的计算结果 ,这与曲柄转角的运动规律是进行悬点运动速度和加速度计算的 基础.(3) 连杆与柔性杆总长度对悬点运动规律影响较大 :总长度越小 ,冲程越大 、悬点运动速度也越大 ,而加速度变化趋于平缓 ,上冲程相位角大于 180 度时有利于上冲程做功.5参考文献 : 1 张宏志 ,盛选禹. 双驴头抽油机吊绳强度有限元分析J . 石油工程建设 ,2008 ,34 ( 5) : 17 - 19 .89 大 庆 石 油 学 院 学 报第 35 卷 2011 年 2 侯立功 ,刘超 ,陶明. 双驴头抽油机平衡调整的简易方法J . 油气田地面工程 ,2008 ,27 ( 7) :52 - 53 . 3 高凤云. 常规抽油机改造为双驴头抽油机的设计与实践J . 石油机械 ,2002 ,30 ( 7) :17 - 19 . 4 冷建成 ,邹龙庆 ,崔晓华 ,等. 基于应力测试的双驴头抽油机游梁失效研究J . 石油矿场机械 ,2007 ,36 ( 9) : 67 - 69 . 5 綦耀升. 双驴头抽油机现场使用中存在问题的改进 J . 石油机械 ,2004 ,32 ( 7) : 46 - 48 . 6 刘登明. 异型双驴头游梁式抽油机的应用J . 机械 ,2003 ( S1) : 48 - 51 . 7 王常斌 ,陈涛平 ,郑俊德. 游梁式抽油机运动参数的精确解J . 石油学报 ,1998 ,19 ( 2) :107 - 110 . 8 崔爱玉 ,史浩 ,杜永军. 游梁式抽油机四杆机构平均运行效率的计算机仿真分析 J . 大庆石油学院学报 ,2001 ,25 ( 4) :73 - 75 . 9 董世民 ,崔振华 ,蔡利. 六杆旋转驴头式抽油机的性能分析J . 大庆石油学院学报 ,1995 ,19 ( 1) : 84 - 89 . 10 戴扬 ,陆玲 ,高学仕. 双驴头抽油机的运动与动力特性分析J . 机械设计 ,2004 ,21 ( 1) :26 - 28 . 11 杨冬平. 双驴头抽油机 CAD 系统研究 D . 北京 :中国石油大学 ,2004 . 12 朱云龙. 双驴头抽油机悬点位移的求解方法J . 科技创新导报 ,2010 ( 9) :109 - 110 . 13 陈磊. 常见抽油机运动与动力分析、评价系统的研究啊 D . 北京 :中国石油大学 ,2004 . 14 栾庆德 ,骆华锋 ,韩道权 ,等. 常规抽油机节能改造及效果分析J . 大庆石油学院学报 ,2003 ,27 ( 4) :68 - 70 .“裂陷盆地多边断层成因机制及其控藏机理”获国家基金面上项目资助由东北石油大学付晓飞教授等承担的“裂陷盆地多边断层成因机制及其控藏机理”获国家基金面上项目资助.该课题通过岩层切片技术有效识别多边断层分布 ,在系统研究断层几何学特征和形成地质条件 (古构 造背景、泥岩密度变化及黏土矿物含量 、超压演化和成岩演化规律) 的基础上 ,结合砂箱物理模拟手段 ,研究多边断层的成因及变形机制 ,分析活动“幕次”. 结合河道识别和油藏解剖 ,分析多边断层的控藏机理 ,为建立“隐形”输导体系模型奠定基础.科研二科冯志鹏90 A b st ract sJ o ur nal of Da qi ng Pet role um In stit ut eVol . 35No . 2Ap r . 2011O i l a n d Gas R es ou rces , Pet rol e u m E n g i nee ri n g Col l e ge , Y a n g t z e U ni v e rs i t y , J i n g z hou , H ubei434023 , C h i n a )Abstract : Ba sed o n t he lo w2p er mea bilit y ga s re ser voi r s , t hro ugh co n si deri ng t he slipp a ge eff ect a nd st a r t2up p re ssure gra die nt , t he co nfo r mal t ra n sfo r matio n a nd mi r ro r ref lectio n a nd sup e rpo sitio n p ri nci2 p le met ho ds a re u sed to o bt ai n a calculatio n mo del fo r t he ho rizo nt al well s i n t hi s p ap e r . By u si ng t he mo del s , t he i nf l ue nce of t he slipp a ge eff ect a nd st a r t2up p re ssure gra die nt o n delive ra bilit y of lo w2p er me2 a bilit y ga s re ser voi r s i s co nt ra st ed , a nd t he i mp act of t he p re ssure squa re d diff e re nce s o n ga s p ro ductio n a nd ga s p ro ductivit y i nde x i s a nal yzed a nd st udie d. The re sult sho w s t hat t he delive ra bilit y of ho rizo nt al well s i n lo w p e r mea bilit y ga s re se r voi r s decrea se s wit h st a r t2up p re ssure gra die nt at li nea r relatio n ship , w hich i ncrea se s wit h slipp a ge eff ect at li nea r relatio n ship . In t he ea rl y st a ge s of develop me nt , t he eff ect of t he st a rti ng p re ssure gra die nt i s great er t ha n slipp a ge eff ect , a nd i n t he lat er st a ge of t he develop2 me nt , t he eff ect of t he slipp a ge eff ect i s great e r .Key words : ho rizo nt al well s ; p ro ductivit y ; slipp a ge eff ect ; st a r t2up p re ssure gra die nt ; calculatio n mo d2el ; lo w2p er mea bilit y ga s re ser voi r sThe catalyt ic act ivit ies and characterizat ion of Ce - Cu( x) - O nanocrystal cl usters with similar sphericalstructures/ 2011 , 35( 2) :82 - 85S HA N We n2j ua n , W EI L i ng2li ng ,DON G Xiao2wei , L IU Cha ng( Col l e ge o f C he m is t r y a n d C he m i c al E n g i nee ri n g , L i aoni n g N o r m al U ni v e rs i t y , D a l i a n , L i aoni n g116021 , C h i n a )Abstract : Ce - Cu ( x) - O na nocr yst al cl u st er s we re o bt ai ned via a hydrol ysi s p roce ss i n gl ycol . T EM i m2 a ge s sho w t he sa mp le s have si mila r sp he rical st r uct ure s a nd di sp e r se eve nl y . A serie s of mat e rial s wit h diff e re nt Cu co nt e nt wa s cha ract erize d by B E T , XRD a nd H2 - T P R . Whe n n ( Cu) / n ( Ce) mole ratio i s le ss t ha n 0 . 1 % , XRD re sult s sho w t hat o nl y c ubic p ha se of CeO2 diff ractio n p ea k s , wit h i ncrea si ng it up to 0 . 3 % , wea k diff ractio n p ea k s of CuO ca n be det ect ed , i ndicati ng t hat t he Cu i s fi nel y di sp e r se d o n ce2ria . The cat al yst s e xhi bit hi gh cat al ytic activitie s CO o xi datio n , i n a bo ut 150 to o bt ai n 50 % co nver2sio n rat e of CO .Key words : CeO2 ; Cu ; Ce - Cu ( x) - O na nocr yst al cl u st e r s ; CO o xi datio n ; si mila r sp herical st r uct ure sMot ion character ist ics of dual horse hea d pumping un its/ 2011 , 35( 2) :86 - 90WA N G Cha ng2bi n , Z H U Yun2wei( Pet rol e u m E n g i nee ri n g Col l e g e , N o rt he as t Pet rol e u m U ni v e rs i t y , D aqi n g , H ei l on g j i a n g 163318 , Ch i n a )Abstract : In t he p ap er , fo r mula fo r calculati ng t he swi ng a ngula r of t he wal ki ng bea m i s p re se nt ed , ac2co r di ng to t he geo met rical relatio n ship a nd ki netic cha ract eri stic s of va ria ble2le ngt h f