抽油机5型齿轮齿条抽油机方案及机械换向机构设计

1、本科毕业设计（论文）开题报告题 目5型齿轮齿条抽油机方案 及机械换向机构设计 学生姓名： 周晋磊 院 （系）：机械设计制造及其自动化 专业班级： 机械1107班 指导教师： 闫文辉 完成时间： 2015 年3月28日 1 课题的意义 我国油田的采油设备种类繁多。对于游梁式抽油机，虽其具有结构简单、安全可靠、使用方便等优点而被广泛使用，但其能耗较高，实现长冲程时，结构尺寸大。对于链条式抽油机，虽其具有机械效率较高、长冲程、低冲次、高效节能等优点，但也存在换向机构复杂、轨迹链条和主轴销容易发生断裂、平衡系统复杂、可靠性偏低、不适用于重载等问题。对于塔架式数控抽油机，虽其具有长冲程、高效节能、大载荷

2、等优点，但其工作部件安装在塔顶，受空间限制，安装需紧凑，操作和维护不方便。而对于长环形齿条式抽油机，其具有节能、工作可靠性高、运行平稳、质量轻而便于维护等特点，但也存在一些缺点，如：平衡滑块上而的长环形齿条加工比较困难;机架距井口太近，修井操作不方便；实现长冲程时，整机高度太高，运输不方便。 本文针对现有的游梁式抽油机、链条式抽油机、塔架式抽油机、长环形齿条式抽油机的一些缺点，提出一种新型的齿轮齿条式抽油机方案，根据工艺要求对齿轮齿条式抽油机进行结构设计，确定齿轮齿条式抽油机各零部件的尺寸和一些基本参数，解决现有的游梁式抽油机、链条式抽油机、塔架式抽油机、长环形齿条式抽油机的一些问题。2 国内

3、外抽油机研究现状在世界范围内，研究开发与应用抽油机己有100多年的历史。在这百余年采油实践中，抽油机发生了很大变化，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，降低了抽油机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，减小了抽油机体积和质量，强化了抽油机自动化与智能化程度。（一）国外齿轮齿条抽油机研究现状目前，世界上生产抽油机的国家主要有美国、俄罗斯、法国、加拿大和罗马尼亚等。近年来，国外研究开发了各

4、种新型抽油机，为更经济有效地开采石油做出了卓越贡献。(1)美国Lufkin公司生产B, C, M, A等4种系列抽油机,B系列游梁平衡抽油机有8种规格，悬点最大载荷24-49.4kN，冲程长度0.6-1.2m。C系列曲柄平衡抽油机有64种规格，悬点最大载荷24-165.5kN，冲程长度0.76-4.2m。 M系列前置式抽油机有46种规格，悬点最大载荷64.86-193.68kN，冲程长度1.62-5.68m。A系列前置式气平衡抽油机有26种规格，悬点最大载荷78.47-213.1kN，冲程长度1.62-6.09m。(2)法国Mape公司生产12种规格曲柄平衡游梁抽油机，悬点最大载荷160kN，

5、最大冲程长度4.2m，还生产H系列长冲程液压驱动塔架长冲程抽油机，悬点最大载荷199kN，最大冲程长度lOm，最大冲次5min-1。液压驱动塔架长冲程抽油机的主要特点：采用液压配重，简化系统结构，由于液压缸特殊结构和蓄能器回路的配合使用，在平衡液压抽油机的大部分重量时，不需要另外加配重，消除了使用机械配重所引起的增加机械结构受力和抽油机的体积等缺点，可减少抽油机的体积、质量和在油田中的占地面积、能适应滩涂、海上平台和山区等条恶劣地区的抽油作业；能够降低装机功率，液压抽油机负载作下冲程时，与液压缸相接的蓄能器回路中的蓄能器吸收闭式回路中消耗的大部分能量和下冲程载荷的大部分能，作上冲程时，储存在蓄

6、能器中的能量补充负载上行所需的能量，减少变频闭式回所需要提供的能量，这样能够大幅度地降低液压抽油机的装机功率，节能效率高，减小液压泵站体积，液压缸上半部分的两腔通过双向液压锁与矢量变频电机驱动的双向液压构成矢量变频容积调速闭式系统，利用了变频容积调速节能效率高和闭式油路节省液油的优点，同时可以大大减少液压泵站的体积;蓄能器体积小，载重量大，在系统中由液压缸的特殊结构，只要合理选择液压缸的结构尺寸和闭式油路及蓄能器回路的压力级，可使蓄能器回路中的蓄能回路中的蓄能器的体积较小，在工程中更容易实现，并且占地面积也相应减少，更符合工程实际要求;操作更加安全平稳，在闭式油路中采用双向液压锁可以使液压抽油

7、机的停靠更加平稳迅速，增加了系统操作的稳定性和安全性。(3)美国Weatherford公司生产的长冲程Rotaflex抽油机。Rotaflex链条驱动的抽油机是一种全新结构的高性能有杆抽油设备，该机可以满足大泵深抽、大泵排液、长冲程一低冲次抽稠采油工艺中高含水量油井加深泵大排量的需求，是一种高效节能经济性好的机种。长冲程低冲次抽油机能增加抽油杆和井下泵寿命。通过增加冲程长度和减少冲次，降低了油管和杆柱接箍的磨损。Rotaflex抽油机的独特设计减少了对扭矩的需要，可使用小减速箱。减少了原动机的循环负荷，提高了系统总效率，允许使用小功率电动机，能量消耗大大降低。Rotaflex抽油机比常规抽油机

8、操作和维修更安全。这种独特的抽油机突破了传统有杆泵系统在排量和深度上所不能达到的界限。(4)美国Maranatha Industries公司研制的Pneulift气动抽油机，它不需外部能源，利用套管作为动力源，就可平稳地举升原油，用于富含气的油井中可显著降低采油成本。自动化和智能化抽油机也是今后抽油机的一个发展方向。目前比较先进的有美国Baker,Delta,APS和NSCO等公司生产的自动化和智能化抽油机。（二）国内齿轮齿条抽油机研究现状国内生产厂家主要研制的新型抽油机有滚筒式抽油机，链条式抽油，液压式抽油机永磁直线电机驱动抽油机等。(1)大庆采油四厂与大庆市鑫驰机械制造有限公司联合研制的新

9、型直驱长冲程节能抽油机。其结构特点是：驱动与传动系统均置于支架顶部，属于无游梁式塔架结构长冲程抽机；采用变频器控制电动机正反转，电动机经摆线针轮减速器直接驱动悬点滚筒与配滚筒；采用多排钢丝绳胶带作为悬点悬带和配重悬带，悬点悬带与配重悬带在同轴滚筒上对称布置，配重直接平衡悬点载荷。由于该机采用了变频器控制电机正反转的自动控制系，因此可以实现冲程、冲次在额定范围内连续可调，具有调参方便的优点，同时可以据采出液的物质特点合理分配上下冲程时间，实现上慢下快或上快下慢的悬点运动速控制模式，因此该机应用于稠油或聚驱油井的举升具有明显的优点。机采用了变频器控电动机正反转的直接驱动与传动方案，因此具有传动结构

10、简单，传动效率高，高效节等优点。(2)中国石油天然气集团公司研发的智能化抽油机。智能化抽油机主要的性能特点:抽油机的冲程、冲次无级调节；定期自检、自诊断、自动排除故障；易实现长冲程；采用蜗杆传动移位装置、满足作业需求，且不需任何起吊设备。采用相互独立的电液刹车、手动刹车，使系统运行安全可靠；用钢丝芯宽皮带代替钢丝绳可减小钢丝绳的磨损，使用寿命高，行程开关控制抽油机在设计的行程范围内安全运行圈。(3)北京航天林泉石油装备有限公司研究设计的复式永磁电机抽油机。复式永磁电机抽油机，为塔式结构，由立柱支撑的复式永磁电机直接驱动负载，采用特制专用皮带传动，通过专用变频控制系统在规定范围内对抽油机冲程和冲

11、次实现无级可调，以悬挂配重物进行重力平衡，立柱底座以基础地脚螺栓固定。此抽油机的特点：主要部件是复式永磁电机和变频控制装置，与常规游梁式抽油机相比，省去了减速、换向等复杂的机械系统，因此，结构简单，重量轻，占地面积小；由于具有国际先进水平的复式永磁电机和先进的变频控制技术相结合，采用端部配重平衡，平衡效果好，因此，本抽油机节电效果显著，与常规游梁式抽油机相比，有功节电率大于50%；此抽油机的操作通过控制箱面板的旋钮调节复式永磁电机的转速，从而调节抽油机的冲次及冲程;通过改变配重箱中的配重来调节抽油机的平衡。现场维护工作量小，大大降低了采油工人的劳动强度。复式永磁电机抽油机可实现长冲程、低冲次抽

12、汲，适用于稠油井、大泵强采井和深井的原油开采。抽油机的最大冲程为8m，相应的最大冲次为3 min-1，并在规定的范围内，提高泵效，增加产液量，延长检泵周期提高抽油杆和抽油泵的使用寿命，降低原油生产的综合成本。（4)山东东营王胜青等人的专利齿轮齿条式抽油机。齿轮齿条式抽油机主要由机架、齿轮、齿条、滑轮、配重往返架及控制器几大部分组成，其特征是配重往返架处安装有电机、减速器与刹车制动器及导轮，配重往返架安装在齿条导轨处，一条整体的钢丝绳通过滑轮、悬绳器与光杆相连，减速器的输出齿轮与安装在机架处的齿条导轨啮合，电机经随行电缆与控制器相连，滑轮安装在机架处。其主要优点是结构简单、紧凑而合理，传动效率高

13、，承载能力强，可靠度大，使用寿命长，制造安装也较容易，使用、维修方便，是现有抽油机的更新换代产品。 此外，还有变平衡力矩抽油机、气囊平衡抽油机、自动平衡抽油机、轮式移动平衡抽 油机、直线往复式抽油机等多种类型。3 毕业设计（论文）的主要内容（1）翻译15000字的专业英文资料；（2）综述国内外抽油机的发展现状；（3）完成齿轮齿条式抽油机总体方案设计；（4）进行抽油机机构设计；（5完成抽油机换向方式对比分析；（6）完成2500030000字的论文正文；（7）完成合计三张零号图幅的设计图纸。4 所采用的方法手段及步骤本次设计为齿轮齿条式抽油机连杆机构尺度优化及结构设计，设计的步骤方法如下：（1）认

14、真查阅、收集资料，做到深刻的理解本次论文所要设计的内容；（2）首先了解齿轮齿条式抽油机的工作原理、结构特点，分析目前常规抽油机的缺点，提出交流电机驱动齿轮齿条式抽油机的总体结构设计方案。建立尺度综合优选数学模型，并给出求解算法；（3）根据提供的原始数据，通过抽油机传动原理的分析，优选位移、悬点速度、加速度等参数和抽油机其它参数的运动学方程；（4）确定悬点的动载荷、静载荷，减速箱曲柄轴扭矩的计算；（5）对抽油机的机械结构，对主要零部件的性能进行校核；（6）对抽油机零部件进行结构设计；（7）绘制交流电驱动齿轮齿条式抽油机的总体结构设计的装配图；（8）绘制主要零部件的零件图。5 阶段进度计划这次毕业

15、设计的时间为2015年3月9日至2015年6月19日，结合导师的要求和自身的实际情况，决定以下设计进度：(1)12周，借阅相关书籍文件，了解设计内容。(2)34周，完成开题报告和英文翻译。(3)56周，完成总体方案设计及对比。(4)79周，进行齿轮齿条抽油机各部件设计计算及零件图的绘制。(5)1011周，完成绞车零件图及装配图的绘制及修改。(6)1213周，达到设计要求，撰写论文。(7)1415周，提交老师评阅。(8)16周，完成答辩。参考文献1万邦烈采油机械的设计计算M北京：石油工业出版社，1994。2孙恒，陈作模，葛文杰.机械原理M.7版.北京：高等教育出版社，2007。3张自学，兆文清，

16、王钢.国内外新型抽油机J.北京：石油工业出版社，1994：55-59。4崔旭明，高桐，闵志缤等.基于结构优化和复合平衡的常规游梁抽油机节能改造5 大庆石油学院学报，2008，32(5)：118-120。6张晓玲，于海迎.抽油机的节能技术及其发展趋势J.石油和化工节能.2007(2)： 4-6。7钟平.抽油机井高效节能技术J.国外油田工程.2002（2）：32-35。8纪名刚，濮良贵.机械设计(第八版)M.北京：高等教育出版社，2006。9万邦烈.采油机械的设计计算M.北京：石油工业出版社，1988。10张连山.我国抽油机的发展趋势J.北京：石油工业出版社，1996，6：41-44。11周焕波，

17、崔焕勇，刘永海.一种新型抽油机的典型结构设计J.机床与液压， 2010,38(10):12-13。12奕庆德.常规型抽油机尺寸参数设计J.石油机械，1995 23(3)：6-9。13刘鸿文.材料力学M.北京：高等教育出版社，2003。14李继志，陈荣振.石油钻采机械概论M.中国石油大学出版社，2006。15邬亦炯，刘卓钧.抽油机M.北京：石油工业出版社，1994。16顾心怪，周焕波，崔焕勇，等.长环形齿条抽油机的研制及应用田J.石油机械，2009(5):38-40。17孔昭瑞.国内外抽油机的发展趋向J.石油机械，1995 (23): 49-54。18王胜青.齿轮齿条式抽油机Pl.中国:2.4.

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