前置式曲柄平衡抽油机设计
前置式曲柄平衡抽油机
设计
单位：长庆钻井管局公司宁定服务部
姓名：丛成
摘要
抽油机井采油是国内外油田最主要的机械采油方式。石油开采已经有很长历史了,其中有杆抽油系统起了很重要的作用。有杆抽油系统主要由抽油机、抽油杆、抽油泵等三部分组成，抽油机是有杆抽油系统最主要的举升设备。根据是否具有游梁，抽油机可以划分为游梁式抽油机和无游梁式抽油机。由于游梁式抽油机具有结构简单、工作可靠等优点，游梁式抽油机一直是国内外油田应用最广泛的举升设备。
本文首先阐述了各种抽油机的特点，然后是前置式曲柄平衡抽油机的设计方法，包括前置式曲柄平衡抽油机的工作原理、基本结构组成等；其次描述了该抽油机的各个零部件的设计方法和校核，其中有自行设计的零件，也有标准件的选用。该机采设备的研制将为油田后期开发提供有利的技术支持。
为了确定前置式抽油机悬点和各构件的运动状态及运动规律,建立了相应的运动和动力分析的解析方程,并对前置式抽油机的运动和动力规律进行了计算。为合理选择电动机、设计机械换向及平衡重提供了理论依据。
关键词：机械采油；有杆抽油系统；游梁抽油机系统；前置式曲柄平衡抽油机;运动分析
Abstract
Pumping units are the main method of mechanical oil production in oil field home and abroad. The exploitation of the petroleum resources has a long history in the world.Rod pumping system has a lot effect about it. Rod pumping system consists of three parts,pumping unit,pulished rod and pump.Pumping unit is the most important lifting equipment of the rod pumping system . According to whether having the beam or not, the pumping unit can be divided into beam pumping unit and non-beam pumping unit. As the beam pumping unit having simple structure and the advantages of reliably, beam pumping unit has been used most widely in domestic and international oilfield.
This paper covers the characteristics of various of pumping unit first.then displays the ideas of how to design the back-crank pumping unit,including the operational principle of the pumping unit,the structure of the pumping unit and so on.Then it displays how to design the details of the pumping unit and the ideas of choose standardized components and how to check the strength of thses details.In thses details some are designed by myself and others are standardized components. Therefore, the invention of this kind of equipment instrument will provide powerful technology support for oil field’s later exploitation.
In order to determine the back-crank beam pumping unit and the components of the motion and movement, set up a dynamic analysis of movement and the analytical equations, and back-crank beam pumping unit of the laws of movement and power calculated. A reasonable choice for the electrical, mechanical design for weight and balance to provide a theoretical basis.
Key words : mechanical recovery;rod pumping system;beam pumping system; back-crank beam pumping unit；kinematics analysis
目录
目录 ......................................................................................................................................I 第1章概述 .. (1)
1.1设计目的 (3)
1.2 设计要求 (3)
1.3 基本参数 (4)
第2章前置式抽油机设计计算 (5)
2.1 基本参数计算 (5)
2.2 平衡原理 (7)
2.3 电动机和减速箱的选择 (8)
第3章运动分析 (10)
3.1 游梁式抽油机运动分析 (10)
3.2 各构件长度的确定 (11)
3.3 验算及总结 (13)
第4章其他主要零部件设计 (15)
4.1 V带的设计 (15)
4.2 吊绳的选用 (17)
第5章主要零部件校核 (19)
5.1 受力分析与计算 (19)
5.2 游梁的校核 (21)
5.3 连杆校核 (23)
5.4轴的校核 (24)
5.5 轴承的校核 (26)
结论 (28)
参考文献 (29)
第1章概述
石油开发到一定阶段后，油层压力下降，油井停止自喷，因而采用机械采油方式继续开采。世界各产油国都广泛应用有杆泵抽油的方法进行采油。
抽油机是油田系统广泛使用的抽油机械，研究开发抽油机是多年来没有停止的，目前油田广泛使用的是游梁抽油机。
现阶段世界各国油田的采油方法大多是抽油机式的人工举升开采，无论有杆还是无杆抽油。其中应用较多的为有杆抽油设备，因为它结构简单，制造容易，维护保养方便，通常称为“三抽”设备（包括抽油机、抽油杆和抽油泵），由三部分组成：一是地面部分—抽油机，由电动机、减速器和四杆机构组成；二是井下部分—抽油泵，它悬挂在套筒中油管的下端；三是联系地面和井下的中间部分—抽油杆柱，由一种或几种直径的抽油杆和接箍组成。
抽油机工作原理是电机的转动通过减速器传给四连杆机构，由四连杆机构（曲柄、连杆、游梁、横梁）把减速器输出轴的旋转运动变为游梁驴头的上下往复运动，驴头带动光杆和抽油杆作上下往复直线运动，通过抽油杆再将这个运动传递给井下抽油泵中的柱塞。在井下抽油泵泵筒的下部装有固定阀（吸入阀），而在柱塞上装有游动阀（排出阀）。当抽油杆向上运动，柱塞作上冲程时，固定阀打开，泵从井中吸入原油。同时，由于游动阀关闭，柱塞将其上面油管中的原油举升到井中，这是抽油泵中原油的吸入过程。当抽油杆向下运动，柱塞作下冲程，固定阀关闭，而游动阀打开，柱塞下面的油通过游动阀排出到它的上面，这就是抽油泵的排出过程。实际上，抽油泵装置相当于一个特殊结构的单缸单作用柱塞泵，只不过将它的水力部分放到井下成为抽油泵，将它的驱动部分放到地面变成抽油机，两者用又细又长的活塞杆—抽油杆连接起来。
抽油机就形式分有以下几种：常规式抽油机、偏置式抽油机、前置式抽油机以及链条式抽油机等。它们各有优缺点。分述如下：
1.常规型：
该型式是目前各油田应用最广泛，历史最悠久的一种抽油机，通常采用机械平衡或者复合平衡方式，具有前后臂。常规式抽油机的主要优点是结构简单、制造容易、加工费用低、维修和保养方便主要零部件的互换性能好，工作性能稳定可靠。下图1—1为一个典型的常规抽油机的外观图。
图1—1 常规抽油机
2.偏置式：
该抽油机又称异相曲柄平衡抽油机，它的主要特点是平衡块中心线相对于曲柄中心线偏转一个角度。试验表明，该机可节电13.1%，增产原油3～5%，
3.前置式：
该类型抽油机平衡后的理论净扭矩曲线是一条比较均匀的接近水平的直线，因此其运行平稳，减速器齿轮基本无反向负荷，连杆游梁不易疲劳损坏，机械磨损小，噪声比常规型抽油机低5 dB,整机寿命长。
前置式抽油机的曲柄在旋转时有195°的上冲程和165°的下冲程。由于光杆运动的加速度与运动时间的平方成正比，上冲程时间延长就是光杆加速度明显减小。计算和测定表明，其加速度可减少40%，相应的使减速器扭矩减少35%左右，节能效果显著,当然也减少了抽油杆的事故.与同等级的常规式抽油机相比，前置式抽油机可配置较小功率的电动机，一般功率可减少20%左右。试验表明，前置式抽油机比常规式抽油机节电31.9～39.6%.
但由于前置式抽油机设计制造难度大、制造周期长，重量比常规式抽油机重35%，因此制造成本上升。
4.链条式：
这种抽油机采用链传动和滑道机构换向，悬点及抽油杆绝大部分时间作匀速运动，机构换向加速度因各种传递件的吸收而衰减，故减速器扭矩及电动机电流曲线平稳。
由于冲程大、冲次低，在LN指数相等的情况下，抽油杆变形次数减少40%，受力状况明显改善。
链条式抽油机抽汲稠油和深井效果明显，因此采用链条式抽油机的大部分油井产量翻番。在油黏度3.3Pa·S,下泵深度2000m,原油凝固点35～40°C仍正常工作。但现场检测表明，链条润滑防尘及寿命问题还需进一步解决。
1.1设计目的
目前随着油田开发进入高含水期，原油开采的成本越来越大。油田的很大一部分成本开支就是维持抽油机正常运行的电能以及其他形式的能量的消耗，抽油机的效率高低决定了企业收入的高低。各个油田都开始想方设法降耗节能，降低成本开支。其中，从抽油机入手是基础的办法。对于机械工程人员来说，就是要设计出高效节能的抽油设备，从根本上降耗节能。所以设计出高效率的抽油机是个现实的课题。本文所述就是针对目前油田开采现状而设计的一种节能效果比较明显的抽油机—前置式游梁式抽油机。如下图1-2所示。
图1-2 前置式抽油机
1.2 设计要求
由于抽油机的工作环境是在露天场所，经受着风吹日晒，又疏于人员实时监管，所以要求设计的抽油机首先工作可靠性、耐用性以及适应性都必须要好，其次维护管理要简单方便，以便于降低企业的使用成本。
本次设计要求所设计的前置式曲柄平衡抽油机冲程为2～3米，抽油机的下泵深度为1400～1600米，方案可行，参数计算正确，结构合理，满足强度要求和基本使
用功能，设计的抽油机图纸能符合机械设计图纸相关标准和规范。
1.3 基本参数
抽油设备的功能就是从一定井深处抽出一定数量的原油。所以，井深和产量决定了抽油机的基本结构，为了达到这两个指标，对游梁式抽油机的工作能力提出了四个指标，亦即抽油机的基本参数：
1.3.1 驴头悬点的最大允许载荷P max
这一载荷包括静载荷和动载荷，它主要取决于抽油杆柱和油柱的重量。实际上，它表明了在一定的抽油杆柱和油泵泵径组合时的最大下泵深度。目前，悬点的最大允许载荷P max从5～8KN到150～280KN。
1.3.2 悬点最大冲程长度S max
它主要决定抽油机的产量及抽油机的基本尺寸和重量。悬点最大冲程长度S max从0.3m到10m,而应用最广泛的在6m以下。本次设计要求的悬点冲程为3m。
1.3.3 悬点的最大冲程次数n max
当泵径一定时，悬点的最大冲程次数n max与最大冲程长度S max共同确定了抽油机的最大产量。目前，实际应用的悬点冲程次数从2～4/min到20/min。由于每一个冲程抽油杆应力变化一次，故冲程次数过大将会使抽油杆过快地发生疲劳破坏，所以限制了最大冲程次数n max的进一步提高。
1.3.4 减速器曲柄轴最大允许扭矩M max
它和上述三个基本参数存在一定关系，特别是和悬点最大冲程长度S max成正比，即S max越大，M max也越大。同时，曲柄轴的最大允许扭矩M max也决定了减速器的尺寸和重量。
第2章 前置式抽油机设计计算
上一章陈述的抽油机的四个基本参数是设计抽油机最基础的依据，参数计算选择是否合理关系到所设计的设备能否按照设计要求投入使用。所以说参数的计算也是抽油机设计最重要的一部分。
2.1 基本参数计算
一个抽油机系统所需的零部件很多，但是游梁式抽油机的很多零部件都是可以通用的。在选择或计算基本参数之前，先选择部分零部件以便于接下来的计算。参照相关资料和厂家的产品系列数据，选择杆径为1英尺（约为mm 25）的抽油杆,密度为
3
87g/cm .ρ=杆，单根长度m l 14.9=；原油密度的范围在3/95.0~8.0cm g 之间，不同油
田的情况有所不同；抽油泵选择型号为CYB95TH 的管式泵，公称直径mm 25.95，柱塞选mm 1500长度的，选m 9长度的泵筒。
2.1.1 冲程与冲次选择
首先是初选抽油机的冲程与冲次，因为冲程与冲次直接关系到悬点载荷的大小。
考虑到实际需要和设计要求，由《采油机械的设计计算》一书第24页图1-24初选S=3m ,n=10,属于正常工况。
2.1.2 悬点载荷P max 和P min 计算
包括动载荷和静载荷，主要取决于抽油杆柱和油柱的重量。387g/cm .ρ=杆，
3
/85.0cm
g ρ=油，抽油杆杆径选25mm ，单根杆长选l=9.14m ，取下泵深度为1500m,则
需Z =165根，由《游梁式抽油机》第26页公式得：
)
1790
1()
1790
1)((2
min
2
'max
Sn
P P
Sn
P P P
-
=++=杆油
杆 (2-1)
其中 油'
P —油井动液面以上断面积等于柱塞面积的油柱重 N;
S —悬点冲程长度 m; N —悬点最大冲程次数;
对于前置式抽油机，按设计要求S=3m,n=10，计算如下： 单根杆重
8.91085.714.92
)
10
25(3
2
3
??????=
=-πρ杆vg G =345N
则总的杆重为
v g Z P ρ杆= =345?16 =56925N
又有
油
沉油γ
)('
h L F P -= （2-2）
其中 F —泵柱塞截面积,m 2;
L —下泵深度或抽油杆长度，m; ；，可认为是泵的沉没度—沉0m h ；原油的重度，
—γ
油
2
/m N
代入式(2-2)得
N P 88560'
=油
把以上计算代入公式(2-1)得：
)
1790
1)((2
'
max Sn
P P P +
+=油
杆
=(56925+88560)(1+1790
1032
?)
=169868N )17901(2
m i n Sn
P P -
=杆 =56925?(1-1790
1032
?)
=47248N
2.1.3 扭矩计算000
扭矩是抽油机的又一基本参数，扭矩大小决定着减速箱尺寸的大小，所以在计算扭矩时要综合考虑各方面的因素，以达到优化平衡。在分析抽油机使用的大量统计资料基础上得知，绝大多数情况下，减速箱曲柄轴的最大扭矩值max
M 和悬点的峰值载
荷是同时产生的。根据《采油机械的设计计算》第29页公式:
m
N 87715)47248169868(3236.03300)
(236.0300min max max
?=+??+?=++=P P S S M
(2-3)
式中 S —悬点冲程长度 m ；
M max —曲柄最大扭矩 N ?m ； P max —悬点最大载荷 N ；
2.2 平衡原理
2.2.1 平衡方式选择
从悬点载荷的变化规律可以看出：游梁式抽油机在整个工作循环内载荷是不均匀的。对静载荷来说，上冲程时，驴头悬点需提起抽油杆和油柱，这时电动机要付出很大的能量。到下冲程时，抽油杆依靠自重就可以下落，不但不需要电动机付出能量，反而对电动机做功，使电动机处于发电机运行状态。因此，电动机在上、下冲程中的载荷是非常不均匀的。
在悬点下冲程时，要把平衡重由低处抬高到高处，这就增加了平衡重的位能。为了抬高平衡重，除了依靠抽油杆柱下 落所放出的位能外，还要发动机付出部分能量，这就消除了下冲程时发动机反而接受能量的现象。而在悬点上冲程时平衡重由高处下落，把下冲程时储存的位能释放出来，帮助发动机去提升抽油机杆柱和油柱，这就减少了发动机上冲程时所需要给出的能量。
目前游梁式抽油机的平衡采用机械平衡和气动平衡两种，而在机械平衡中，按照平衡重位置的不同又可分为游梁平衡、曲柄平衡和复合平衡三种。游梁平衡就是把平衡重装在游梁的尾部，平衡重的位置不变，大小可调；曲柄平衡是将平衡重装在曲柄上，平衡重的位置可调而大小不变；复合平衡则是上述两种平衡的结合。
本次设计为前置式游梁抽油机，可以使用机械平衡，也可使用气动平衡，但考虑到使用成本、结构的复杂程度以及使用可靠性，选择机械平衡中的曲柄平衡。 对于曲柄平衡方式应当确定曲柄平衡的半径和平衡重的重量。对于平衡重的大小可以通过能量守恒进行计算，并且将抽油机游梁和曲柄的自重全部按平衡重的重量进行计算。可以按下节的两个公式计算曲柄平衡重的重量和半径。当在确定杆长及结构
后就可以计算出平衡重的重量和半径。
2.2.2 曲柄平衡重计算
确定了平衡方式为曲柄平衡，就必须涉及到曲柄平衡重的计算。平衡重的大小要综合考虑整体运动平衡，即下冲程和上冲程过程中尽量使电动机的输出功相等，从而最大限度地减小减速箱、电动机以及抽油杆的震动载荷，提高整体的使用寿命。
根据《采油机械的设计计算》第31页公式得：
N
1085582
47248
1698682min
max =+=
+=
P P Q 效 (2-4)
式中 效Q —平衡重的有效重量 N,
根据《采油机械的设计计算》第34页公式得：
'
0'
'
'
122Q =
2()l A r q l q K R
P P K R r
R
Q K
--+=
-游
游
曲曲
曲油杆曲
2
(2-5)
其中 曲Q —曲柄平衡重 q 游—游梁部件的重量
'
游l —q 游的重心离游梁支点的距离
2.3 电动机和减速箱的选择
2.3.1 电动机选择
电动机的选择要满足抽油机正常工作时的需要，主要有以下三方面：①电机的启动性能；②电机的过载性能；③电机与抽油机匹配后的动力性能，同时为了节能，电机不能超过所需功率过多，同时还要考虑价格等因素。查阅相关论文资料得到如下公式计算所需电动机的功率：
ω]T [8.0=d P （2—6） 其中
减速箱输出轴转速
—减速箱的额定转矩
—］［电动机的功率
— T ωd P
代入以上数据得：
3
715.878.0π?
?=d P
=73.5 kW
由计算结果查《机械设计手册》知，选额定功率为75KMW 的Y280S —2型，转速为750r/min 。
2.3.2 减速器选择
电动机选择以后，要根据电机的各项性能指标选择匹配的减速器。首先传动比要合适，其次要根据额定扭矩和最大扭矩校核轴的强度，还要考虑经济因素。查询《机械设计手册》并结合以上计算结果知，应选择ZQH1000-25-IX 型，其总的中心距为1000mm,传动比为25。如图2-1为ZQH1000型减速器。
图2-1 ZQH1000型减速器
第3章运动分析
抽油机的抽油功能最终还要靠游梁、连杆和曲柄等部件的运动把电机的旋转运动转化为驴头的往复直线运动从而带动柱塞泵上下运动来实现。因此，游梁、曲柄以及的尺寸直接影响到抽油机的上下冲程运动是否协调，也直接影响着抽油机的效率。对于游梁式抽油机系统来说，其本质上可简化为一个四连杆机构，要分析抽油机的运动，只需对简化的四连杆模型进行运动分析即可。
3.1 游梁式抽油机运动分析
对于前置式游梁抽油机，其四杆机构的尺寸是确定工作性能、整机外形和自重的关键性参数。图3-1为前置式抽油机四杆机构运动的简图。
图3—1 前置式抽油机四杆机构运动的简图
首先参照样本和标准等初步确定游梁的前臂长A（图中的O1E）、后臂长C（图中的O1D）、游梁摆动中心高H、曲柄旋转中心高G、游梁摆动中心到曲柄旋转中心的水平距离I。由图可知，基架O1O，即
21
2
2
])[(I G H K +-=。 （3—1）
基架与水平线夹角
λ=)(tan 1I
G H -- （3—2）
游梁摆角
，
π
δ。
180?
=
A
S 通常取
rad 2
121802
max
max
2max 1=
=
=
=?
π
δ
δ
δ，
即
A S =max
其中为冲程，S δδ21=。 在三角形OO 1D 1中，
)
cos(2)()()(11112
12
112
1δλ+??-+=OO D O OO D O OD
即 )cos(2)(1222δλ+??-+=+K C K C R P （3—3）
则 21
12
2
)]cos(2[δλ+??-+=+K C K C R P
同理 21
22
2
)]cos(2[δλ-??-+=-K C K C R P （3—4）
联立（3—3）、（3—4）即可求出连杆P 和曲柄R 。
3.2 各构件长度的确定
前面已经指出，前置式抽油机由于其结构的特殊性，不像常规抽油机，若取
rad 2
121802
max
max
2max 1=
=
=
=?
π
δ
δ
δ，
则
A S =max 。
由设计任务书知，要求设计的抽油机冲程为S=3m ，所以预选游梁长度为A=3m ，根据《采油机械的设计计算》第40页，
选
2.1=C
A ，则C=2.5 。
又由下图3—2——机构运动简图可得悬点的切向加速度（光杆的加速度)
]cos sin sin sin [cos sin 2
1
2
2
3
2
13
βαψ）（θ
βαβ
ωε
C
R P
R C R A A a +
--
=
?=
知，由于P >>R,C>>R,则R/P<<1,R/C<<1,其余的正弦和余弦又都小于1，因此，括号内的数值变化不大，即对光杆加速度的影响不大。所以前置式抽油机可以在结构允许的条件下适当增大A 和C 的值，但由于R 为定值时，增大C 将使冲程S 减小，所以在确定各几何参数时应综合考虑。现选A=4，则
C=3.34。
图3—2 机构运动简图
根据相关标准和样本初步确定游梁的旋转中心高H=5m,曲柄旋转中心高G=2.3m ，游梁摆动中心到曲柄旋转中心的水平距离I=1.6m ，则根据公式（3—1）可得：
m
14.3]6.1)3.25[(2
1
2
2
=+-=K
即该四杆机构的基架为3.14m 。 基架与水平线夹角为:
rad
03.1)
(
tan
1
=-=-I
G H λ （3—5）
取2
121=
=δδ，则根据公式（3—3）、（3—4）可求出连杆P 和曲柄R 。
m
48.4)]5.003.1cos(34.314.3214.334.3[2
1
2
2
=+??-+=+R P m
7.1)]5.003.1cos(34.314.3214.334.3[2
1
2
2=-??-+=-R P
求得P=3.09m,R=1.39m。
3.3 验算及总结
以上计算是按照上下冲程中上下摆角相等计算的。事实上前置式抽油机由于其结构的特殊性上下摆角不相等，有略微的变化，但为了设计方便，取其相等。计算出整体结构后可以再进行优化设计。
下图3—3是用Pro/E按比例画出的四杆机构的动态仿真图的截屏。图中从最底端顺时针看各个杆件依次对应抽油机的曲柄、连杆、游梁和基架。图3—4是用Pro/E仿真绘出的该机构运动的加速度曲线，从图中看出，运行基本稳定。按照计算的结果构建出图3—3的动态仿真机构后，运行两个循环显示，计算出的四杆机构运行良好，没有急回等情况出现，说明该抽油机的各机构尺寸符合设计要求。
图3—3 仿真动画截屏
t
第4章其他主要零部件设计
前三章的设计是把抽油机的原理阐述明白，把抽油机的雏形设计出来，包括四杆机构的尺寸、电机和减速箱的选择等。其实一个抽油机系统还包括很多东西，比如V 带传动、吊绳的选择、底座的设计以及刹车装置的选用等。但底座的设计沿用经验足可以满足强度和刚度的要求，一般不必作为重点。刹车装置使用不是很频繁，可以借用。传动部分的带传动因系统不同而有差异，应该作为设计的重点。另外，吊绳的强度关系到整个系统能否安全有序的工作，也是重点。本章将阐述V带的设计和吊绳的选择。
4.1 V带的设计
带传动是一种扰性传动，当设备过载时会出现打滑现象，从而保护了设备。由于它的这一优点，带传动在很多场合都有应用。
1.确定计算功率P ca
由《机械设计》第156页公式得
P
=（4—1）
K
P
ca
A
式中：K A—工作情况系数
P—所需传递的额定功率，kW
由《机械设计》第157页表8—7查得工况系数K A=1.4，故
P
K
P
==1.4×75 kW =105 kW
A
ca
2.V带的选择
根据P ca和n1可从《机械设计》第157页图8—11选择V带的类型。n1为小带轮的转速，即电动机的转速，由第2章电动机的选择可知n1=750 r/min，联系到==1.4×75 kW =105 kW，查图选D型V带。
P
K
P
ca
A
3.确定带轮的基准直径d d并验算带速v
1）初选小带轮的基准直径d d1。由《机械设计》第155页表8—6和第157页表8—8，取小带轮的直径d d1= 360 mm。
2）验算带速v，按《机械设计》第150页（8—13）公式验算带的速度
m /s 13.14m/s 1000
60750
3601000
601
d1=???=
?=
ππn d v （4—2）
因为5 m/s 3）计算大带轮的基准直径，根据下式确定。 12d d id d = （4—3） 由于减速箱的传动比25=i ，冲次为10=n ，又因为电动机的转速为750 r/min ，所以此处V 带的传动比应选3=i ，所以 1080 36032=?=d d 由《机械设计》第157页表8—8圆整为 10602=d d 4.确定V 带的中心距a 和基准长度L d 1）根据式)(2)(7.021021d d d d d d a d d +≤≤+，初定中心距为a 0=1600 mm 。 2）由下式计算带的基准长度 0 2 1221004) ()(2 2a d d d d a L d d d d d -+ ++ ≈π （4—4） mm 5506mm 6540mm ]1600 4)3601060()1060360(2 16002[2 ≈≈?-+ +?+?=π 根据《游梁式抽油机》第109页表5—10选mm L d 5600=。 3）按式 2 00 d d L L a a -+≈ 计算实际中心距a 。 mm 1647mm )2 5506 56001600(2 0≈-+ =-+ ≈d d L L a a （4—5） 中心距的变化范围为 1563～1815 mm 5.验算小带轮上的包角 α1 906.1551647 3.57)3601060(1803.57) (180121≥≈? --=--=a d d d d α （4—6） 6.计算带的根数z 1）计算单根V 带的额定功率 P r 。 由d d1= 360 mm 和n 1=750 r/min ，查《机械设计》第152页表8—4a,用插值法得 P 0=14.9 kW 。 根据n 1=750 r/min ，i =3和D 型带，查《机械设计》第153页表8—4b,用插值法得ΔP 0=2.35 kW 。 查《机械设计》第155页表8—5得包角修正系数K α=0.93， 概述 石油开发到一定阶段后，油层压力下降，油井停止自喷，因而采用机械采油方法继续开采。世界各产油国都广泛应用有杆泵抽油的方法进行采油。 有杆泵抽油装置是由地面的抽油机、井下的抽油泵及抽油杆柱所组成。抽油机是有杆泵采油装置的重要地面设备，是一种把动力机的连续圆周运动变成抽油杆柱及抽油泵柱塞的往复直线运动，从而将地下原油开采出来的机械设备。所以说抽油机是有杆泵采油中十分重要的设备之一。 抽油机的种类较多，概括起来可分为以下几种：按有无游梁可分为游梁式抽油机和无梁式抽油机；按结构型式可分为常规型游梁式抽油机、前置型游梁抽油机、偏置型游梁抽油机和异相型游梁式抽油机。本篇论文设计的便是CYJY10-4.2-70BH型异相型游梁式抽油机。 异相型游梁式抽油机的设计思路有三个方面：首先，扩大抽油机冲程长度以提高泵效。异相型游粮式抽油机由于用变径圆弧形的后驴头代替了常规机的游梁后臂，游梁与横梁之间采用柔性件连接，使其主结构在常规机四杆机构的基础上发生了质的飞跃， 而变成了“变参数四杆机构”。这种特殊四杆结构工作时，其游梁后臂有效长度、连杆长度随其曲柄转角的变化而变化，不但改善了四杆机构的异型机工作中受“死角”制约的程度放宽，因而可以采用适当增大游梁摆角的方法来实现抽油机的长冲程；其次，改善平衡效果以降低能耗。异相型游梁式抽油机是以常规机为基础模式，从改变抽油机的扭矩因数入手，通过改变抽油机的结构，实现“加强抽油机的平衡效果以降低净扭矩峰值和能耗；扩大抽油机的冲程以提高泵效和综合技术指标”；再次，能够满足不同粘度原油开采的需要。异相型游梁式抽油机设计时，在考虑和优化“变参数四杆机构”动力特性、传动特性的同时，巧妙地考虑了悬点上下冲程所占用曲柄转角的问题，从而使异型机在曲柄正转时上冲程曲柄转角大于180°，曲柄反转时上冲程转角小于180°即靠改变曲柄的转向可实现“慢上快下”和“慢下快上”两种工作方式。 summary Oil development get sure stage, the reservoir pressure drops, the oil well stops blowing, adopt machinery recover the oil the method continue and is exploited. World produce oil national capital use and 抽油机调平衡 一、报告，几号选手报道，请求检查工具， 二、检查完毕，请求开始。 三、测电流：检查电流表钳口清洁闭合良好，带绝缘手套测量。选择最大量程，检查电流表归零；由大到小选择合适档位，（档位转换要电流表脱离导线后再调，电流表钳口不得碰线， 并且要垂直居中)检查电流表归零，测电流，电流表水平，被测导线与电流表垂直居中。测量后关闭电流表 四、计算平衡率：B=I下/I上*100% h=(1-B)*100（h小于100时向曲柄末端移动，大于100时向轴心移动），报告，调前平衡率为多少，不平衡（或平衡），需向轴向（或末端）调整多少厘米，下步操作请指示。 五、停抽①检查试电笔完好，试电笔检测配电箱外壳不带电，侧身按停止按钮停抽，拉紧刹车，检查刹车各部位连接可靠，刹车锁块在行程的1/2-2/3之间，侧身拉闸断电断开 空气开关，关好门，记录停抽时间，挂警示牌，插上刹车锁 六、移动平衡块到预定位置：①清理曲柄面的污物②测量预调距离，画好标记③卸掉锁块固定螺栓拿掉锁块，卸松平衡块固定螺栓及螺母，先低后高卸螺帽，不能卸掉螺母以防滑脱发生事故④ 检查平衡块移动前方无人，侧身使用摇把将平衡块移至标记位置，插上锁块，校正平衡块⑤先高后低的紧螺帽，对锁块螺栓和固定螺栓涂抹黄油进行保养（各紧固螺丝涂油防腐） 七、启抽①检查抽油机周围无故障物，拔出安全销摘掉警示牌，松刹车，控制曲柄转速两次，验电侧身合闸送电，利用惯性启抽，关好配电箱门②检查平衡块螺丝紧固无松动 八、检查调整情况①二次测电流（选择合适档位，检查电流表归零）②检测抽油机是否平衡，计算另一组平衡块调整距离（报告，调后平衡率为多少，仍不平衡（或平衡），如需调整，另一组平衡块需向轴向（末端）调整多少厘米） 九、收拾工具，擦拭工具，将相关数据填入报表，报告，操作完毕。 红字是要说出来的话，绿字是要注意的事项 抽油机调整平衡 一、准备工作 1、劳保齐全 2、安全警示牌、安全带一副、试电笔（500V）一只、钳形电流表一个、绝缘手套一双、笔、纸、计算器、专用固定扳手一把、固定扳手、活动扳手（375mm）一把、专用机轮一把、钢板尺、钢丝刷一把、画笔、螺丝刀一把、撬杠、棉纱若干、黄油若干、大锤3.75kg一把 二、操作前检查 1、检查操作平台是否固定良好 2、检查井口流程 三. 调整平衡操作步骤 1 、检查井口流程、管线伴热、井下加热是否正常、刹车装置是否灵活好用 2 、检查试电笔、钳形电流表是否完好，测量抽油机启动柜是否带电，戴绝缘手套侧身开门，测量抽油机上下行电流峰值，准确度数记录 3 、计算平衡率，判断调整方向、距离，平衡率=下电流/上电流*100%, (85%-115%) 4 、带绝缘手套侧身按停止按钮，将曲柄停到水平位置刹紧刹车，侧身断电，挂警示牌，扣刹车锁 5 、清理牙槽，画线预调位置 6 、卸掉锁块，卸松平衡块螺丝螺帽，先低后高，注意不要卸掉，松锁紧块螺帽 7 、侧面站立用专用机轮将平衡块调整到预定位置 8 、放入锁块，调整平衡块，紧固平衡块螺母，先高后低，紧固锁块螺母及被帽 9 、清理平衡块，紧固螺母，画安全线、涂抹黄油 10 、松刹车锁块，检查抽油机周围有无障碍物，及管线加热、井下加热是否正常，缓慢松开刹车，带绝缘手套侧身合闸，按绿色启动按钮进行起机，利用抽油机惯性二次启动，检查紧固螺母 11 、用钳形电流表测量上下行电流峰值，计算平衡率 12 、收拾工具、清理现场 注意事项 1、在操作平台操作时必须系安全带 2、停机平衡块角度上下不大于水平角度5度 3、卸平衡块锁块时应站在水平高面位置侧身 4、使用机轮摇动平衡块时应侧身站立，双手回拉 5、工具、量具、用具正确使用，以免造成人员伤害，工器具损坏 6、检查紧固率 抽油机功率法调平衡技术的重要性 摘要：在抽油机管理中电流平衡度常用于判断抽油机是否平衡。而实际上，测量电流时所采用的普通钳形电流表，只能反映电流的幅值，不能反映正负，因此电流平衡并不能反映抽油机一定平衡。本文提出的抽油机功率法调平衡技术，综合考虑了瞬时电流、电压、功率因数的影响，能够判断电机处于发电还是用电状态，从而真实的反应抽油机的平衡状况，克服了电流法存在的虚假平衡问题，同时也对油田生产的节能降耗具有重要意义。 关键词：抽油机功率法平衡 一、前言 游梁式抽油机是油田生产的主要设备，其平衡运行是抽油机安全和节能的基础。抽油机在不平衡状态运行时，易造成减速器损坏、减短皮带使用寿命、抽油杆断裂和电能浪费，给抽油机井的安全造成了潜在的威胁。目前，榆树林油田判断抽油机是否在平衡状态下运转的主要方法是采用钳形电流表，测量电动机上下冲程中的电流峰值，用下冲程电流峰值比上冲程电流峰值，当比值在0.85~1.15之间时，即认为达到了平衡状态，这种方法被称为电流法。电流法存在以下缺点： 一是在实际操作上，电流表数值变化较快等因素的影响，测试人员仅靠眼睛的目测很难读取准确的数值；三是某些严重不平衡的井，其下冲程(或上冲程)的电流在相位上已反相变成做负功的电流，而钳型电流表无法区分电流的相位。 由于上述原因，电流法从理论和实际操作上都存在着很大的缺陷，准确性较差，为此榆树林油田引进了功率法调平衡技术。 二、功率法调平衡技术原理 抽油机是否平衡，可以通过电动机在上下冲程中的输出电能与输入电能是否相等来加以判断，而电动机的输出电能与输入电能成正比。因此，又可以通过测试电动机在上下冲程的输入电能是否相等来加以判断。 此公式的意义实际上是指电机在上冲程的功率曲线所包围的面积与电机在下冲程的功率曲线所包围的面积相等。也就是说上冲程所耗电能与下冲程所耗电能相等。功率法调平衡就是分别测量运行中的电动机在驴头的上下冲程中所耗电能，用两值中的小者与大者相比，当比值大于0.5时，即认为达到了平衡状态。 三、功率法调平衡技术现场应用情况 1.调整方法 以树59-63井为例说明如何应用功率法对抽油机进行平衡调整，图1是此井 游梁式抽油机设计计算 卢国忠编 05-04 游梁式抽油机的主要特点是：游梁在上、下冲程的摆角相等，即上下冲程时间相等。且减速器被动轴中心处游梁后轴承的正下方。 一、几何计算 1.计算(核算) 曲柄半径R和连杆有效长度P 己知：冲程S、游梁后臂长C、游梁前臂长A、极距K(参见图1)由余弦定理推导可得： 公式： () b t CK K C CK K C R ψψcos 2cos 22 12222 -+--+= ------(1) R CK K C P t --+=ψcos 222 -------(2) 式中：1090δφψ+-=t 2090δφψ--=b H I tng 1 -=φ A S mas πδδ4360021?== 22H I K += 2. 计算光杆位置系数R P ： PR 是在给定的曲柄转角θ时，光杆从下死点计算起的冲程占全冲程的百分比。(图2)（图3） 公式：10?--='= b t t mas S s PR ψψψ ψ％ -----------(3) 曲柄 max S PR s ?=' ()121δδ?-=PR 式中： b t ψψ, 分别代表下死点和上死点的ψ角的值 ρ χψ-= ()?? ? ? ??-=-J R φ?ρsin sin 1 βcos 22 2 PC C P J -+= ??? ? ??-+=-CJ P J C 2cos 2221 χ ??? ? ??---++=-CP R K KR P C 2)cos(2cos 22221 ?θβ ()φθψβα--+= 上冲程 ()[]φθψβα--++=360 下冲程 二运动计算 己知：曲柄角速度ω、曲柄转角θ，分析驴头悬点的位移s 、速度v 、加速度a 的变化规律。 1. 假定驴头悬点随u 点作简谐振动： ()? ω? ω?con C AR a C AR v C AR s ??=??=-?= 2sin cos 1 以C AR S 2max =代入得： ()?ω? ω?c o s 21s i n 21 c o s 121 2m a x m a x m a x S a S v S s ==-= 2max max 2 1 ωS a = 2.接严格的数学推导 ?? ? ? ?+=P R S a 12 1max 2max ω 三动力计算 1．从示功图上求悬点载荷W 示功图是抽油机悬点载荷W 与光杆位置PR 的关系曲线图。是用示功仪在抽油机井口实测出来的。设计中无法实测，只好用理论公式计算并绘制------称为人工示功图，为以后的受力分析、强度计算提供主要依据。 2． 光杆载荷W 加在曲柄轴上的扭矩的计算（见图2 ，图3） 游梁式抽油机井效率分析与平衡优化软件的功能规划和计算模型 一、软件实现的功能 （1）示功图、电流、功率等数据的采集，电参数等曲线的实时显示； （2）抽油机井系统效率计算分析； （3）抽油机平衡状态诊断与平衡调节； 二、软件结构 1、抽油机井示功图分析 从示功图取点求得产液量、上下冲程时间、平均载荷，最大、最小载荷，冲程，冲次、功图面积、工况分析。（分析示功图，得到计算系统效率及调平衡所需要的重要数据） 由示功图推算上下冲程时间的方法： 抽油机一个冲程周期的计算公式： 60 T n =；n 为冲次 上冲程和下冲程的具体时间，根据示功图上位移点进行推导，判断准则是： 上冲程判断准则： 如果（If ）某一点的位移为最小，那么（Then ）该点为上冲程起点。（若位移为最小的点有多点，以首次出现的最小点为准）； 如果（If ）某一点位移为最大，那么（Then ）该点为上冲程结束点。（若位移为最大的点有多个，以首次出现的位移最大点为准）。 计算从首次出现最小点到首次出现位移最大点的点数和，此值与示功图总点数的比值，再与一个冲程周期相乘，即为上冲程时间。 设总数是N ，推算得到的上冲程点数为n 上，下冲程点数为n 下，上冲程时间为： n t T N =?上上， t T t =-下上 平均载荷的计算是利用仪器采集的各点的载荷的平均值， 其他的参数利用已有软件即可得到。 2、电参数曲线分析 电流、电压、有功功率、功率因数曲线显示，上冲程最大电流、下冲程最大电流，上冲程最大功率、下冲程最大功率，最大功率对应曲柄转角的数值显示； 三、系统效率及功率的计算分析 1、有效功率计算 将井内液体输送到地面所需要的功率为机械采油井的有效功率 ① 已知数据：实际产液量Q ，m 3/d （调用示功图分析里的数据）； 含水率w f ，%（已知数据）； 油的密度 0ρ，t/ m 3（已知数据）； 水的密度w ρ，t/m 3（已知数据）。 井液密度ρ，t/m 3（若不能测得，利用 ()o w w w f f ρρρ-+=1计算）； 编订：__________________ 审核：__________________ 单位：__________________ 新型传动抽油机设计与研 究 Deploy The Objectives, Requirements And Methods To Make The Personnel In The Organization Operate According To The Established Standards And Reach The Expected Level. Word格式 / 完整 / 可编辑 文件编号：KG-AO-7470-29 新型传动抽油机设计与研究 使用备注：本文档可用在日常工作场景，通过对目的、要求、方式、方法、进度等进行具体的部署，从而使得组织内人员按照既定标准、规范的要求进行操作，使日常工作或活动达到预期的水平。下载后就可自由编辑。 抽油机是油田用量最大的耗能设备。本文通过对新型传动抽油机进行结构方案设计，使得该机构能够大大降低运动能耗，达到节能的目的。 新型传动抽油机研究的背景 在油田开采中，抽油机使用量大，市场前景广阔。但抽油机是油田最大的耗能设备，能源浪费问题严重。因此，对抽油机提出了更高的要求。抽油机是有杆抽油系统的地面动力传动设备，是构成“三抽系统”的主要组成部分。抽油机的产生和使用己经有了一百多年的历史。发展至今，抽油机的种类主要分为游梁式抽油机和无游梁式抽油机两大类。就目前国内油田而言，在机械采油井中，游梁抽油机仍为主要机型，它以结构简单、制造容易、可靠性高、耐久性好、维修方便、适应现场工况等优点，在采油机械中占有举足 一、基础数据 抽油井系统杆柱设计所必须的基础数据主要有基础生产数据、原油粘温关系数据、抽油机型参数、抽油杆参数、抽油泵参数。其中, 抽油机型、抽油泵这三方面的参数、抽油杆参数、抽油泵参数。其中,抽油机型、抽油杆、抽油泵泵这三方面的参数均可由《采油技术手册》( 修订本四) 查得。 1.基础生产数据 基础生产数据是进行抽油井系统设计的基本条件,它包括油井井身结构、油层物性、流体( 油、气、水) 物性、油井条件, 传热性质以及与油井产能有关的试井参数等, 详见表1。 表1 基础生产数据 油层深度: 1500.00 m 套管内径: 124.00 mm 油管内径: 88.90 mm 井底温度: 80℃ 地层压力: 10.00 Mpa 饱和压力: 7.00 Mpa 传热系数: 2.5 W/M·℃地温梯度: 3.3 ℃/100m 试井产液量: 25 m/d 试井流压: 5.00 MPa 体积含水率: 30 % 原油密度: 997.40 kg/m 地层水密度: 1000.00 kg/m 原油比热: 2100 W/kg·℃ 地层水比热: 4186.8 W/kg·℃设计沉没度: 200.00 m 2.原油粘温关系数据 原油粘度是影响摩擦载荷的主要因素, 因此原油粘度数据的准确度是影响设计结果合理性的重要参数。原油粘度随温度变化非常敏感, 经过对现场实测原油粘温关系数据进行回归分析, 能够得到原油粘度随温度变化的关系式。这样, 不但能够提高抽油井系统设计结果的准确度, 而且还易于实现设计的程序化。 现场能够提供的原油粘温关系数据, 如表2所示。 表2 某区块原油粘温关系数据 温度, ℃ 40 455055 60657075 粘度, mPa·s268018201240900600420310230 3.抽油机参数 抽油机参数是指常规型游梁式抽油机的型号、结构参数、能够提供的冲程冲次大小。当前已有93种不同型号的常规型抽油机, 其型号意义如下: 不同型号抽油机的参数可见《采油技术手册》( 修订本四) 。这里, 以宝鸡产CYJ10-3-48型抽油机为例, 其有关参数见表3。 表 3 抽油机参数 游梁前臂 (mm) 游梁后臂 (mm) 连杆长度 (mm) 曲柄半径/冲程 (mm/m) 冲次 (1/min) 30003330 6.0, 9.0, 12.0另外, 由抽油机型号CYJ10-3-48, 根据型号意义可直接得出: 许用载荷[P max]=100 kN; 许用扭矩[M max]=48 kN 摘要 抽油机是将石油从地下开采到地上的采油设备，它的产生和使用由来已久，已有百年历史。其中应用最早、普及最广的是游梁式抽油机，早在130年前就诞生了。常规游梁式抽油机具有结构简单、容易制造、可靠性高、耐久性好、维修方便、适应现场工况等优点，在采油机械中占有举足轻重的地位，在今后相当长的一段时间内仍是油田首选的采油设备。但是由于常规游梁式抽油机本身的结构特征，决定了其具有平衡效果差，曲柄轴净扭矩波动大，存在负扭矩、工作效率低和能耗大等缺点。本文主要是针对一种节能效果较好的双驴头抽油机进行设计。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, 用驱动绳来代替连杆的硬连接, 以满足变力臂的工作要求。这种抽油机节能效果较好, 是目前除常规机外发展最迅速的机型，应为油田新井投产首选机型。 关键词：抽油机；双驴头；节能效果 Abstract Pumping units is the production of oil from the ground to the ground equipment, generation and use of it for a long time, has a history. Is one of the earliest and most widely popular of beam-pumping unit, was born as early as 130 years ago. Conventional beam pumping unit with a simple structure, easy to manufacture, high reliability, durability, easy maintenance, adapt to the conditions and so on, play a vital role in the production machinery, quite a long time in the future is still the preferred oil production in oil field equipment. But due to the structural characteristics of conventional beam pumping unit itself, determines that they have poor balance, net torque fluctuation of crank shaft, torque, efficiency, low energy consumption and other disadvantages. This article is intended for a better design of dual Horsehead pumping unit energy saving effect. It will beam of conventional beam pumping unit rear arm fitted horse head, by driving rope to replace the hard-link connection, to meet the requirements of arm. This energy-saving pumping unit works well, is at present apart from the General model of the fastest. This system efficiency and power saving rate for energy saving effect evaluation indicators, undertake a study on energy saving effect of double horse head, results showed that average power saving rate of 13 per cent of dual Horsehead pumping unit. 53%, energy-saving effect is good, for the production of a new oil well preferred models. Keywords: pumping unit；double horse head；energy saving effect 液压抽油机设计 1 绪论 1.1 本课题来源及研究的目的和意义 随着原油储量日益减少， 开采难度的增大， 油田对新型采油方法以及采油设备的探索及 构思也在日益更新中。抽油机作为一种普及的采油设备，也在不断的构思和日益更新中。液 压抽油机作为近些年来迅猛发展的新型抽油设备，有着优于传统设备的强项。 增大载荷是本课题研究的目的之一， 是在结构最简， 材料最省得方案下尽可能的增大其 工作载荷。传统的游梁抽油机虽有大载荷的特点，但这种旧型设备体型笨重，运输和安装都 较为麻烦，尤其是海上平台更是不允许过的的大质量设备。能在质量最轻和结构最简的情况 下增大工作载荷，有着方便运输以及满足海上平台开采要求的重要意义。 节能减排是本课题研究的目的之二。到 1995 年统计的游梁抽油机总数约为 4 万台，但 使用期却没有超过 5年的， 如果每年需更换10%的设备， 使用的钢材金额会在 1.5 亿元左右。 首先不看使用寿命，这种旧型设备本省的钢材用量就非常的大。液压抽油机工作原理不是曲 柄连杆机构或者其变形，工作原理在本身结构上的改进就省去了大量的钢材，有着改善采油 设备经济性的重要意义。 此外结构上的优化方便了安装， 同时也方便了拆卸和运输， 即故障诊断更换坏损元件也 相对方便了许多。在工作上迅速的故障诊断与维修有着增加设备连续工作时间的意义。 1.2 本课题所涉及的问题在国内的研究现状及分析 我国开始研究液压抽油机是从60 年代开始的。 1966 年北京石油学院提出“液压泵—液压缸”结构的抽油机，以液压缸伸缩来完成主 要工作，同时用油管做平衡重，并利用其往复运动增大冲程。 1987 年吉林工业大学研制出YCJ-II型液压抽油机，同样以液压缸做驱动。 1992 年、1993年兰州石油机械研究所、浙江大学先后以“液压泵—液压马达”结构研 制出新型液压抽油机。此后至近几年来，随着油田开采的要求， 液压技术、密封技术的发展， 液压元件的成熟，液压抽油机业迅速发展起来。 以下对上述几种抽油机作简要分析： YCJ—II型液压抽油机直接用液压缸的直线往复运动工作，具有结构简单，比常规抽油 机节能的特点。在辽河油田的实验说明其在北方冬季野外有可连续运行的能力，其液压与电 气系统亦是可行的。不足在于：安全保护措施有所欠缺，对机电一体化技术应用不足等。 YCJ12—12—2500 型滚筒式液压抽油机利用换向阀控制液压马达的正反转，以齿轮— 齿条机构实现往复运动， 同时采用了机械平衡方式。 在液压系统上弥补了YCJ—II型的不足， 同时整机平稳运行。 功率回收型液压抽油机利用了“变量泵—马达”这一特殊元件，实现了“长冲程，低冲 次，大载荷”的特点，并有安全保护功能。最重要的是它通过能量的储存于转换使功率回收， 而且相当完全，平衡也是最完美的。 1.3 本课题所涉及的问题在国外的研究现状及分析 国外对于液压抽油机的研制起步较早，但由于翻译过的外文文献较少，这里只做介绍， 不做详细分析。 1961 年美国 Axelson 公司研制出 Hydrox 长冲程 CB 型液压抽油机，冲程 1.2~7.95m， 适井深度 670~2032m，并在几个大油田获得成功的应用性实验。 1965 年苏联研制出 ArH 油管平衡式液压抽油机，可分开调节上下冲程的速度，冲程长 度 1.625~4.275m。目前，这类产品已形成产品系列。1977 年加拿大研制出HEP 型液压抽油 机。冲程 10m，最高冲次 5.0/min，悬点载荷 34.23~195.64KN。 抽油机平衡判断方法与调整方案比较 发表时间：2015-02-05T15:37:53.943Z 来源：《科学与技术》2014年第12期下供稿作者：宋先龙 [导读] 油田生产中抽油机平衡调整方法较多，每种方法的调整效果不同。 中石化胜利油田分公司胜利采油厂宋先龙 摘要：油田生产中抽油机平衡调整方法较多，每种方法的调整效果不同。分析了评价抽油机平衡的3个基本准则，指出3个评价标准均可通过提取抽油机单冲程功率曲线中的信息获得。对抽油机调平衡后，使其同时满足3个基本准则时，可认为抽油机处于理想的平衡状态。现场试验测试和数据分析表明：采用准则二中的功率法调平衡后，抽油机可同时满足准则一和准则二，并接近准则三的要求，可实现抽油机平衡调节。 关键词：游梁式抽油机；平衡准则；功率法；电流法 由于游梁式抽油机复杂的机械运动，使抽油机的平衡调整存在较大的难度。目前的油田生产中，抽油机平衡的评价标准通常采用“电流法”，当下冲程最大电流与上冲程最大电流之比在80％～110％时，认为抽油机处于平衡状态。然而，电流法检验抽油机平衡时会出现假平衡现象，这是由于抽油机下冲程时会产生电机倒发电现象，而钳形电流表采用的电流互感器无法判断电流的相位导致误判，生产实践已经证明这种方法无法准确评价抽油机的平衡。因此，电能法、示功图法、平均功率法、曲柄轴转矩法等相关方法被广泛讨论。为达到节能、延长减速箱寿命、操作简便的综合目标，本文讨论了抽油机平衡评价准则原理，指出抽油机平衡的3个基本准则。若抽油机运行中能同时满足3个平衡准则时，则抽油机工作状态最佳，处于较节能的状态。 1 抽油机平衡判断原则 根据《游梁式抽油机平衡的评价标准》中规定，电流法和平均功率法是抽油机调平衡的方法，但这2种方法都可归于基本准则：1）准则一：抽油机的电动机在上、下冲程中对外做功相等。2）准则二：悬点上、下冲程中减速箱曲柄轴峰值转矩相等。3）准则三：整个冲程中减速箱曲柄轴转矩的均方根值最小。（1）准则一。这一准则通常用于游梁式抽油机平衡装置的设计，根据此准则可计算出平衡装置所储存或释放的能量Ａ0为 Ａ0＝（Ａｕ＋Ａｄ）/2 （1） 式中：Ａｕ为上冲程抽油杆柱下落所做的功；Ａｄ为下冲程提拉抽油杆柱和油柱所做的功。Ａ0可通过抽油机的实测示功图，或者利用静力示功图求得。电动机在上、下冲程中对外做功可转化为电动机的输出电能，而电动机输出电能与输入电能成正比。因此，可通过测量电动机上、下冲程的输入电能是否相等来判断抽油机平衡状态，也称为电能法。式（2）表示电动机功率曲线的上冲程所包围面积和下冲程所包围的面积相等，即上、下冲程电动机对外做功相等。则有 （2） 式中：Ｉｕ、Ｉｄ为上下冲程的输入电流；Ｕ为输入电压；ｃｏｓφ 指电动机功率因数；ｔ为抽油机工作时间。当下冲程与上冲程对外做功之比在80％～110％时，则认为抽油机平衡。（2）准则二。这一准则通常用于游梁抽油机的平衡状态检验与调整，但减速箱曲柄轴的转矩测量比较繁琐，通常可根据实测的光杆示功图及转矩因数表来绘制转矩曲线。这样的测量过程不利于现场的实际应用。由于电动机的输入电流和功率与减速箱曲柄轴转矩近 似成正比，因此人们通常比较上冲程和下冲程的电流峰值和功率峰值来取代曲柄轴转矩峰值。 (3)准则三。调整抽油机平衡是为延长抽油机使用寿命，即希望减速箱曲柄轴输出转矩最小。在不平衡的抽油机上，曲柄轴输出转矩通常有正有负，因此转矩的平均值Ｍａ无法反应实际的载荷，通常采用均方根转矩Ｍｆ来反映减速箱曲柄轴的载荷情况。均方根转矩与平均转矩之比为周期载荷系数，其反映载荷转矩的波动程度。均方根转矩和平均转矩的表达式为 从节能角度分析，若使抽油机最节能即使电动机的变动损耗最小，而变动损耗与电流的平方成正比，电动机的电流取决于载荷转矩。因此，要求电动机载荷转矩的均方根值最小。只要保证曲柄轴转矩的均方根值最小，就能保证电动机负载转矩均方根值及电流的均方根值最小，即电动机工作在节能状态。因此，曲柄轴的均方根转矩最小时，抽油机可安全节能地工作。电动机的载荷转矩通常不易测量，但功率容易测量。对于转差不大，转速变化较小的电动机，近似认为电动机转速与曲柄轴角速度是常数，曲柄轴转矩与电动机输入功率大体成正比。 可利用电动机的均方根功率的极小值作为判据对抽油机平衡率进行调节。只有当功率曲线傅里叶级数的正弦分量占主要作用时，这种调节方式才能起到较好的效果。 2 调整判断方法 2.1 电流法 尽管电流法测试抽油机平衡时会出现假平衡状态，但这种方法简单，仍被采油单位所采用。实际应用时对非平衡抽油机进行调整，（3） 式中：ΔＲ为达到平衡时平衡块的移动量；Ｍｍａｘ为抽油机最大转矩；Ｗｂ为平衡块重；Ｗｍａｘ、Ｗｍｉｎ为悬点最大和最小载荷；Ｓ为冲程；ｎ为冲次。该方法适用于现场抽油机平衡状态较好情况，当抽油机严重不平衡时，此方法无法有效调整平衡。 2.2 功率法 功率法是通过测量电动机的功率变化曲线，分析抽油机的平衡情况，当下冲程和上冲程最大功率的百分比在80％～100％之间时，则认为功率平衡，此值通常不大于100％。这种判断方法与电流法原理相同，但该方法可以克服抽油机的假平衡现象，即当抽油机带动电动机发电时，测量的功率曲线为负值。 3 调整原则比较 由以上分析可知：准则一采用抽油机上、下冲程功率曲线的面积比；准则二采用上、下冲程功率曲线的峰值比；准则三是对功率曲线进行傅里叶级数展开，使抽油机工作时电动机均方根功率取得极小值。任何一种平衡准则都与电动机功率曲线相关，因此，通过对功率曲线进行分析可实现抽油机平衡率调节。当抽油机处于良好平衡状态时，曲柄轴转矩曲线等效于功率曲线。抽油机的上、下冲程是对称的，采用准则一和准则二来判断平衡率将得到相同的结果，而准则三需要滤除曲线的一阶正弦分量，得到不同的功率曲线。若对新功率曲线 引言 CYJ11.6—3—36.8B抽油机减速器设计 1引言 1.1 抽油机简介 石油——工业的血液，它是宝贵的能源和化工原料，随着石油工业的发展，为石油生产服务的釆油设备得到了不断的更新和完善，釆油技术日渐提高。从三十年代到目前近五十年中，在广大技术人员的共同努力下，从最早的原始式抽油机发展到了如今各种形式的釆油设备：如长冲程的无游梁式抽油机，电动潜油泵，水力活塞泵等无梁式釆油设备，这些釆油设备的问世，大大提高了油井的釆收率，提高了效率，降低了釆油设备的费用，克服了常规式游梁抽油机的某些缺点，但金无赤金，这些设备也有些缺点。 本论文拥有资料：目录、中英文摘要、正文、设计图纸 查看地址：https://www.wendangku.net/doc/a4630084.html, 游梁式抽油机的结构简单，制造容易，维修方便，深受广大用户口欢迎，在某些方面并不比新型釆油设备逊色，因此在我国油田机械釆油井中98%还是釆用常规型游梁式抽油机，在国外比例也占首位。 游梁式抽油机整套装置由三部分组成： 一、地面设备——游梁式抽油机，它由电动机，减速箱和四连杆机构组成。 二、井下部分——抽油泵。 三、联系地面和井下的中间部分——抽油杆柱。 1.2 设计背景 近年来，随着石油钻采工业的迅速发展，对于钻采设备的要求也就越来越高。因此，作为采油设备的一个重要组成部分——减速器，也得到了相应的改进和提高。为提高采油效率，设计更加合理而精密的减速器成为当务之急。本设计的目的在于根据CYJ11.6-3-36-8B型号抽油机设计出一款与之相匹配的减速器，在动力传输，轴承润滑等方面做出更好的改进，使之更加合理，经济。 CYJ11.6—3—36.8B抽油机减速器设计 1.3国内外现状和发展趋势 改革开放以来，我国引进一批先进的加工装备。通过不断引进、消化和吸收国外先进技术以及科研攻关，开始掌握了各种高速和低速重载齿轮装置的设计制造技术。材料和热处理质量及齿轮加工精度都有较大的提高，通用圆柱齿轮的制造精度可从JB 179—60的8～9级提高到GB10095－88的6级，高速齿轮的制造精度可稳定在4～5级。部分减速器采用硬齿面后，体积和重量明显减小，承载能力、使用寿命、传动效率有了大幅度的提高，对节能和提高主机的总体水平起到明显的作用。从1988年以来，我国相继制定了50-60种齿轮和蜗杆减速器的标准，研制了许多新型减速器，这些产品大多数达到了20世纪80年代的国际水平。目前，我国可设计制造2800kW的水泥磨减速器、1700㎜轧钢机的各种齿轮减速器。各种棒材、线材轧机用减速器可全部采用硬齿面。但是，我国大多数减速器的水平还不高，老产品不可能立即被替代，新老产品并存过渡会经历一段较长的时间。 本论文拥有资料：目录、中英文摘要、正文、设计图纸 查看地址：https://www.wendangku.net/doc/a4630084.html, 近十几年来，计算机技术、信息技术、自动化技术在机械制造中的广泛应用，改变了制造业的传统观念和生产组织方式。一些先进的齿轮生产企业已经采用精益生产、敏捷制造、智能制造等先进技术．形成了高精度、高效率的智能化齿轮生产线和计算机网络化管理。适应石油钻采工业要求的新产品开发，关键工艺技术的创新竞争，产品质量竞争以及员工技术素质与创新精神，是2l世纪企业竞争的焦点。在2l世纪成套机械装备中．齿轮仍然是机械传动的基本部件。由于计算机技术与数控技术的发展，使得机械加工精度、加工效率太为提高，从而推动了机械传动产品多样化，整机配套的模块化、标准化，以及造型设计艺术化，使产品更加精致。CNC 机床和工艺技的发展，推动了机械传动结构的飞速发展。在传动系统设计中的电子控制、液压传动。齿轮、带链的混合传动，将成为变速箱设计中优化传动组合的方向。在传动设计中的学科交叉，将成为新型传动产品发展的重要趋势。 总之，当今世界各国减速器及齿轮技术发展总趋势是向六高、二低、二化方面发展。六高即高承载能力、高齿面硬度、高精度、高速度、高可靠性和高传动效率：二低即低噪声、低成本；二化即标准化、多样化。减速器和齿轮的设计与制造技术的发展，在一定程度上标志着一个国家的工业水平，因此，开拓和发展减速器和齿 皮带式抽油机结构设计 1 前言 1.1 课题的研究意义 当今社会，对资源的渴求越来越强烈，特别是像石油天然气等化石燃料消耗越来越多，如何更有效地利用这些资源，更有效地利用和开采地下资源关系到人类的生存与发展。 2004年估计世界的总储存藏量为1717亿吨，同一年英国石油公司估计大约为1566亿吨。《科学》杂志却估计世界石油的总储藏量大约为3兆桶。今天已经确定的使用量和正在开采的石油储量却相对正在增长，2004年数据迄今为止统计最高的。因为近几年的勘探和开采没达到要求，东亚、中东和南美洲总储量下降了不少，而非洲大陆和欧洲地区的总储量却有所上升。有人预测当今的石油储量还能应用五十年。但是以前也有过相似的预测，而不过这个预测却没有成为现实，所以这个50被人们戏称作石油常数。2003年统计最大的石油储量地区在沙特阿拉伯(大约有2627亿桶)、伊朗(约有1307亿桶)和伊拉克(大约1150亿桶)，其后为科威特，委内瑞拉，阿联酋等。 很多专家认为在21世纪初时人类开采石油的将达到哈伯特的顶点，这时的开采量将会达到顶峰，以后的开采量将不会再继续提高，由于是有的供给不能满足世界石油的需要，油价必然会长高。 因此，很多国家都有短期的储存量来防止以后突然地石油供不应求所产生的危机。欧盟国家要求必须有90天的石油储量。 开采的状态 石油开采的国家现在为止人类大约开采了0.9M桶的石油。大多的数储量是在60年代发现的。 表1.1 最大的石油开采国最大石油输出国 沙特阿拉伯(OPEC)—1037万桶每日沙特阿拉伯(OPEC) 俄罗斯1—927万桶每日俄罗斯 美国1—869万桶每日挪威 伊朗(OPEC)—409万桶每日伊朗(OPEC) 墨西哥1—383万桶每日阿联酋(OPEC) 中国1—362万桶每日委内瑞拉(OPEC) 挪威1—318万桶每日科威特(OPEC) 加拿大1—314万桶每日尼日利亚(OPEC) their own conditions to develop the correct road, the maximum to avoid investment risk, gain profit.(three) vigorously promote the brand. To establish brand awareness, awareness of the use of brand, brand value, brand acquisition performance, enhance the competitive strength. Concentrated manpower, careful planning, packaging and publicity of a number of unique, market influence and coverage of the brand, the implementation of key breakthroughs, to enhance the competitive strength, walking business road the competition of alienation and characteristics, the pursuit of stability and development of the market.(four) to promote the integration of resources. To further broaden their horizons, effective integration of resources within the group, the city resources, other industries and regional resources, mutual trust, mutual benefit, seeking win-win principle, in the framework of national policies and regulations, strict inspection and argumentation, legal consultation, examination and 机械设计课程设计报告 ——抽油机机械系统设计 目录 第一节设计任务------------------------------(1) 第二节方案设计分析------------------------(2) 第三节轴承的选择及寿命计算----------(17) 第四节设计结果-----------------------------(22) 第五节心得体会----------------------------(23) 第六节附录-------------------------------------(25) 第一节设计任务 抽油机是将原油从井下举升到地面的主要采油设备之一，常用的有杆抽油设备有三部分组成：一是地面驱动设备即抽油机；二是井下的抽油泵，它悬挂在油井油管的下端；三是抽油杆，它将地面设备的运动和动力传递给井下抽油泵。抽油机由电动机驱动，经减速传动系统和执行系统（将转动变转为往复移动）带动抽油杆及抽油泵柱塞作上下往复移动，从而实现将原油从井下举升到地面的目的。 图1－1 假设电动机做匀速转动，抽油机的运动周期为T，抽油杆的上冲程时间与下冲程时间相等。冲程S=1.4m，冲次n＝11次/min，上冲程由于举升原油，作用于悬点的载荷等于原油的重量加上抽油杆和柱塞自身的重量为40kN，下冲程原油已释放，作用于悬点的载荷就等于抽油杆和柱塞自身的重量为15kN。 要求： ①根据任务要求，进行抽油机机械系统总体方案设计，确定减速传动系统、执行系统的组成，绘制系统方案示意图。 ②根据设计参数和设计要求，采用优化算法进行执行系统（执行机构）的运动尺寸设计，优化目标为抽油杆上冲程悬点加速度为最小，并应使执行系统具有较好的传力性能。 ③建立执行系统输入、输出（悬点）之间的位移、速度和加速度关系，并编程进行数值计算，绘制一个周期内悬点位移、速度和加速度线图（取抽油杆最低位置作为机构零位）。 ④选择电机型号，分配减速传动系统中各级传动的传动比，并进行传动机构的工作能力设计计算。 ⑤对抽油机机械系统进行结构设计，绘制装配图及关键零件工作图。 第二节方案设计分析 攀枝花学院 学生课程设计 题目：游梁式抽油机第二部分 （驴头·游梁·横梁·支架·曲柄·连杆）学生姓名：学号： 所在院(系)： 专业： 班级： 指导教师：职称： 2013年月日 攀枝花学院本科学生课程设计任务书 题目15 抽油机机械设计 1、课程设计的目的 本课程设计为学生提供了一个既动手又动脑，自学，查资料，独立实践的机会。将本学期课本上的理论知识和实际有机的结合起来，锻炼学生实际分析问题和解决问题的能力，提高学生综合运用所学知识的能力，装配图、零件图的设计绘图能力。 2、课程设计的内容和要求 1)、设计原始数据额定 功率(kW) 冲程(m) 冲次(n/min ) 游梁 前臂 长度 (m) 游梁 后臂 长度 (m) 额定扭矩 MS(kN*m) 游梁 支撑 中心 到底 座距 离(m) 曲 柄 转 动 轴 心 到 底 座 直 距 离 (m) 曲 柄 平 衡 块 数 曲 柄 偏 置 角 (度) 游梁 支撑 中心 到曲 柄转 动轴 心的 水平 距离 (m) 70 2.1，2.5，3 6 3 2.4 50 2 2 2 0 0 2)、要求： (1)完成曲柄摇杆机构的设计及曲柄平衡块、横梁、横梁轴的设计计算； (2)完成游梁与驴头的设计与计算； (3)完成支撑装置及支架的设计与计算。 3)、课程设计成果 (1)每人需绘总装配图一张或部装图三张； (2)每人需绘零件图二张； (3)编写设计说明书。 目录 第1章驴头 -------------------------------------------------------------4第2章游梁--------------------------------------------------------------6 第3章横梁 -------------------------------------------------------------9 第4章连杆装置 ---------------------------------------------------------12 第5章曲柄--------------------------------------------------------------15 第6章游梁心轴—————————————————————————————18 参考文献 ----------------------------------------------------------------22 第1章驴头毕业论文抽油机设计
抽油机调平衡
抽油机调整平衡
抽油机功率法调平衡技术的重要性
游梁式抽油机设计计算
抽油机调平衡计算模型
新型传动抽油机设计与研究
抽油机系统设计样本
抽油机设计
液压抽油机设计
抽油机平衡判断方法与调整方案比较
抽油机减速器设计
皮带式抽油机结构设计
设计机械系统设计抽油机
抽油机课程设计(DOC)