抽油机悬点运动规律分析及载荷计算

1、1抽油机悬点运动规律分析及载荷计算一、抽油机悬点运动规律分析一、抽油机悬点运动规律分析驴头悬点运动可简化为 简谐运动 曲柄滑块运动1.1.简谐运动连杆机构简谐运动连杆机构如图3-16 简化条件： 这样就可以忽略连杆和游梁摆动的影响，将游梁后臂B点的运动简化为：曲柄与连杆连结点D做圆周运动时， 在中垂线上的投影点C的运动规律(如图3-17所示)。 而C点在平衡点O的来回运动，就正好是投影点的运动规律。 0,0lrbr2er悬点（A）：是指光杆与驴头的相切点。悬点运动：是指光杆与驴头相切点的运动。研究思路：通过研究B点的运动规律，转化到A点的运动规律。3(1)B点在任意时刻的位移为XB： 假定下死

2、点为起始点，取任意一时刻t，C点离开最远点E的位移为： )cos1 ()cos1 (trrXB)cos1 ()cos1 ( trrOCODXc则有下式：取： CBXX（3-1）（3-2）4(2)驴头悬点A的位移方程：(3)A点运动速度：(4)A点加速度方程：(3-3)(3-4)(3-5)cos1 (trXXbaBbaAtrbadtdXVAAsintrbadtdVWAAcos256 驴头位置 最低 中间 最高 中间 最低 方向 （+） （+） （-） （-） 方向 （+） （-） （-） （+） 悬点运动 加速 加速 减速 惯性力方向 惯性力对悬点载荷影响 最大值 AVAWAW0)1 (2lrW

3、s180)1(2lrWs72.曲柄滑块运动条件：410lr(1)B点的位移方程：BOBOXBcoscoslrBO)cos1 ()cos1(1rXBrlBO8由三角关得：sinsinrlCDsinsinsinlr222sin1sin1cos2221sin1按二项式展开，取前二项)sincos1 (22 rXB(3-7)式中：lr0cos229(3)A点的速度方程：(4)A点的加速度方程：(5)A点最大位移(光杆冲程)：)sin2 2r(sin badtdXVAA)2cos(cos2rbadtdVWAArbaXbaXSBA2maxmax(3-9)(3-10)(3-11)(2)驴头悬点A点位移方程：

4、)sin2cos1 (2rbaXA（3-8）10(6)A点加速度的极值加速度的极值点 驴头下死点,0)1 (2)1 ()(220maxlrSlrrbaWoA驴头上死点,180)1 (2)1()(22180minlrSlrrbaWoA(3-12)(3-13)0ddWA 加速度的极值发生在驴头的上下死点加速度的极值发生在驴头的上下死点1112 二、抽油机驴头悬点载荷分析二、抽油机驴头悬点载荷分析. . 静载荷抽油杆柱和液柱载荷、泵的沉没 压力、井口油压 悬点载荷 动载荷抽油杆柱和液柱的惯性载荷、振动和冲击载荷、摩擦载荷等1.抽油杆柱载荷上冲程抽油杆柱在空气中的重力Wr 注意：力质量加速度 (3-1

5、4)LqgLfWsrrr13 (3-15)式中 Wr抽油杆柱在空气中的重力，N；fr抽油柱柱截面积，m2；s抽油杆材料的密度，s7850Kg/m3；g重力加速度，m/2；L抽油杆柱长度，m；qr每米抽油杆柱在空气中的重力，N/m； Wr抽油杆在液体中的重力，N；qr每米抽油杆柱在液体中的重力(见表3-3),N/m； l液体的密度，Kg/m3。下冲程 抽油杆柱在液体中的重力Wr液体浮力作用LqgLfWrlsrr)(14式中：bqqgfqrslsrsslsrr)()(slsb抽油杆在液体中的失重系数(3-16)2.液柱载荷 WL 只有上冲程液柱载荷才作用于驴头悬点 WL(fPfr)Lmlg (3-

6、17)式中：WL作用在活塞上的液柱载荷，Nfp活塞截面积，m2 fr抽油杆柱截面积，m2153.惯性载荷 (1)惯性载荷的形成 P惯与既与抽油杆柱和液柱的质量有关，还与悬点的WA成正比，其方向与加速度方向相反。 (2)加速度与惯性载荷的关系：一个冲程可分为四个阶段：如图3-20ml油水混合液的密度，Kg/m3 mlnww(1nw)o (3-18)nW原油含水率，o 、W水的密度，Kg/m3。1617冲 程 加速度 惯性力 对悬点载荷的影响 00900 向上 向下 增大悬点载荷 上冲程 9001800 向下 向上 减小悬点载荷 18002700 向下 向上 减小悬点载荷 下冲程 27003600

7、 向上 向下 增大悬点载荷 表表3-4 加速度对悬点载荷的影响加速度对悬点载荷的影响18(3)惯性载荷的计算 条件：抽油杆柱和液柱看成是刚体式中： Ir、Il 分别为抽油杆柱和液柱的惯性载荷，N； g重力加速度，9.81m/s2； 油管过流断面(比活塞)扩大引起的液柱加速度降 低系数。ft油管过流截面积，m2（3-19）（3-20）ArragWI AllagWI 19rtrpffff_（3-21） 惯性载荷的极值也将发生在驴头运动的上下死点：)1 (220maxmaxlrSgWagWIrArro)1 ()602(22lrnSgWr)1 (17902lrSnWr+=602 n(3-22)2001

8、80minminArragWI)1 (2_2lrSgWr)1 (1790_2_lrSnWr=(3-23)1 (22maxlrSgWIll)1 (17902lrSnWl液柱的惯生载荷只在上冲程存在:(3-24)21小结：上冲程悬点最大惯性载荷： 下冲程悬点最大惯性载荷：注意：在某些情况下，可忽略液柱引起的惯性载荷。如当油中含水低，在液柱中气液比较高和冲数较小时。（我国往往是使用的慢冲数抽油机） max lmaxr maxIII上maxr maxII下22 4.摩擦载荷抽油机工作中，作用在悬点的摩擦载荷主要有以下几对： (1)活塞衬套之间的摩擦力：(活塞与衬套） 其值与活塞与衬套的配合、泵径大小有

9、关。直井可忽略(2)抽油杆油管之间的摩擦力（杆管）直井可忽略(3)液柱与油管的摩擦力（液管）主要取决于液流速度和液体粘度(4)液柱与抽油杆之间的摩擦力；（液杆）(5)液体通过游动阀的摩擦力： 主要取决于游动阀的结构、液流速度和液体粘度。23上冲程主要受(1) (2) (3)的影响，增加悬点载荷；下冲程主要受(1) (2) (4) (5)的影响，减少悬点载荷。；分析的关键： (1)摩擦力与运动物体的方向相反； (2)上冲程产生的摩擦载荷总是使悬点载荷增加；下冲程正好相反。（3）有三种情况没有摩擦力存在。245.其它载荷 (1)振动载荷由于交变载荷(惯性载荷的变化和液柱载荷的交替作用)引起抽油杆柱

10、的振动，从而产生振动载荷。（一般对于下泵不太深、冲数不大的井，可忽略。） (2)沉没压力和井口压力 由于沉没压力使悬点载荷减轻，（上冲程，产生向上顶浮作用；下冲程无）；井口压力（即井口回压）使悬点载荷增加，（下冲程减轻抽油杆柱载荷）二者方向相反，可部分抵消，因此，在计算中可忽略。25 忽略沉没压力、井口压力、摩擦载荷和冲击振动载荷。上冲程悬点所受的力主要有：下冲程悬点所受的力主要有：二、悬点最大和最小载荷计算二、悬点最大和最小载荷计算1.计算悬点最大和最小载荷的一般公式)180()0(minmaxrrlrIIWW，)180()360(minmaxrrrIIW，26悬点最大载荷发生在上冲程起始点

11、(0,驴头下死点)最小载荷发生在下冲程起始点(180,驴头上死点)。悬点最大载荷为：)1 (17902lrSnWWWrlrmaxmaxrlrIWWW27gLfWgLfWgLffWbWgLfWWgLfWlrllpllrplrlrrrrrr )( lrlrWWWW28)1 (17902maxlrSnWWWWrlr)1 (17902lrSnWWWrlr)1 (17902lrSnbWWrl(3-25)则若取, 4/1/ lr(3-26)14401 (2maxSnWWWrl29悬点最小载荷计算公式则为：)1 (17902lrSnWWrr)1 (17902lrSnbWr(3-27)minminrrIWW适

12、用条件：下泵深度和沉没度不太大，井口回压及冲数不太高的稀油直井。302.计算悬点最大载荷的其它公式公式)1371)(maxSnWWPlr公式)17901)(2maxSnWWPlr)1 (17902maxlrSnbWWPrl公式适用于低冲次一般井深简谐运动(短冲程)，考虑摩擦影响(用Wl代替Wl)和液柱惯性载荷曲柄滑块机构，忽略摩擦载荷和液柱惯性载荷31公式)17901)(2maxSnWWPlr三、三种抽汲运动的对比简谐运动，忽略摩擦载荷，考虑了液柱惯性载荷为简谐运动，忽略摩擦载荷和液柱惯性载荷)17901 (2maxSnWWPlr公式3222sWa1790)(2SnWWPlrr17902SnW

13、Prr17902maxSnWWWPrlr17902minSnWWPrr)1 (22lrSWA)1 (22lrSWA)1 (1790)(2lrSnWWPlrr)1 (17902lrSnWPrr)1 (17901)(2maxlrSnWWPrl)1 (17902minlrSnWWPrr)1 (22lrSWA)1 (22lrSWA)1 (1790)(2lrSnWWPlrr)1 (17902lrSnWPrr)1 (17901)(2minlrSnWWPlr)1 (17902minlrSnWWPrr表3-5 三种抽汲运动的对比简谐运动曲 柄 滑 块 运 动普通抽油机前置型抽油机00时加速度的极值22SWa1

14、800时加速度的极值最大光杆惯性载荷最小光杆惯性载荷最大光杆载荷最小光杆载荷33例例3 31 1 某油井使用CYJ5-2.1-13HB型抽油机，泵挂深度L930m，泵径D=56mm，冲程1.4m，冲数9次/分，使用 油管，3/4抽油杆，原油密度900kg/m3，油井含水33。试计算悬点最大和最小载荷，并计算各种载荷占最大载荷的百分比。 解解： 0.331000(10.33)900 933 kg/m3 根据抽油机型号CYJ-5-2.1-13HB，查得连杆长度L1800mm；当冲程长度1.4m时，曲柄半径r495mm。从表3-3中查得3/4抽油杆在空气中重力为23.8N/m，在相对密度为0.933

15、的液体中的重力为21.0N/m。 0)1 (WWWlff21234 2.由抽油机型号CYJ-5-2.1-13HB，查l1800mm 由1.4米，查r495mm, 由表3-3查dr=3/4时，qr= 23.8N/m， 在相对密度为0.933的液体中, qr =21.0N/m。NLqWrr221349308 .23NLqWrr195309300 .21gLffWmlrpl)(N1855693081. 993310)83. 263.24(435)1 (17902lrSnWPrrN1788)18004951 (179094 . 1221342NlrSnWWWPrlr42478 17881855622134 )1 (17902max36)1 (17902minlrSnWWPrrN18513)18004951 (179094 . 122134195302各种载荷占最大载荷的比例：%1 .524247822134/maxPWr%7 .4342478/18556/maxPWl%2 . 442478/1788P