石油工程畢業(yè)論文--抽油機(jī)

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第1章 緒論....................................................................................................................1</p><p>　　1.1目前機(jī)械采油現(xiàn)狀及存在問題..

2、................................................................1</p><p>　　1.2抽油機(jī)的發(fā)展與節(jié)能..................................................................................2</p><p>　　1.3在役游梁式抽油機(jī)優(yōu)化設(shè)

3、計的研究..........................................................4</p><p>　　1.4本次設(shè)計意義..............................................................................................4</p><p>　　第2章 新機(jī)型

4、的方案設(shè)計............................................................................................6</p><p>　　2.1傳動方案的設(shè)計.........................................................................................

5、.6</p><p>　　2.2基本參數(shù)的擬定..........................................................................................8</p><p>　　2.3主要結(jié)構(gòu)尺寸確定............................................................

6、........................16</p><p>　　第3章 新機(jī)型的運(yùn)動分析..........................................................................................17</p><p>　　3.1運(yùn)動規(guī)律分析...................................

7、.........................................................17</p><p>　　3.2計算結(jié)果對比............................................................................................19</p><p>　　3.3運(yùn)動性能分析...

8、.........................................................................................19</p><p>　　第4章 新機(jī)型的動力分析..........................................................................................21&l

9、t;/p><p>　　4.1抽油機(jī)扭矩分析........................................................................................21</p><p>　　4.2電動機(jī)選擇分析..................................................................

10、......................24</p><p>　　4.3節(jié)電效果分析............................................................................................26</p><p>　　第5章 新機(jī)型的應(yīng)用分析...................................

11、......................................................27</p><p>　　5.1新機(jī)型抽油機(jī)的意義................................................................................27</p><p>　　5.2新機(jī)型抽油機(jī)的特點(diǎn)............

12、....................................................................28</p><p>　　結(jié)論.............................................................................................................................

13、..31</p><p>　　參考文獻(xiàn).......................................................................................................................32</p><p>　　致謝...........................................

14、....................................................................................33</p><p><b>　　第1章 緒 論</b></p><p>　　1.1 目前機(jī)械采油現(xiàn)狀及存在問題</p><p>　　抽油機(jī)是油田有桿抽油系統(tǒng)的地面驅(qū)動設(shè)備,它是

15、有桿抽油系統(tǒng)的地面動力傳動設(shè)備，也是石油開采的主要設(shè)備,原油生產(chǎn)井使用抽油機(jī)將蘊(yùn)藏在地下的石油通過抽油管抽出。據(jù)統(tǒng)計在油田生產(chǎn)成本中約有三分之一為電能消耗,而抽油機(jī)消耗的電能約占總電能消耗的80%,對抽油機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造,可帶來相當(dāng)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。是構(gòu)成“三抽”系統(tǒng)的主要組成部分，抽油機(jī)的產(chǎn)生和使用已經(jīng)有了一百多年的歷史。發(fā)展到現(xiàn)在，抽油機(jī)的種類主要有游梁式抽油機(jī)和無游梁式抽油機(jī)兩大類。其中游梁式抽油機(jī)的應(yīng)用最為廣

16、泛，各個產(chǎn)油國仍然在大量使用。游梁式抽油機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，可靠性高，操作維護(hù)方便，適應(yīng)現(xiàn)場工況，使用壽命長并且一次性投資少等特點(diǎn)，在今后相當(dāng)時間內(nèi)仍然是油田首選的采油設(shè)備。但是由于常規(guī)機(jī)本身結(jié)構(gòu)特征，決定了它平衡曲柄凈扭矩脈動大，存在負(fù)扭矩，載荷率低，工作效率低和能耗大等缺點(diǎn)。隨著很多油田逐漸進(jìn)入開發(fā)的中后期，油井含水量不斷上升，使生產(chǎn)成本不斷增加，常規(guī)游梁抽油機(jī)已經(jīng)不能滿足需要，因此需要開發(fā)各種新型節(jié)能抽油機(jī)來滿足降低成本，節(jié)

17、能降耗。近20年來，世界抽油機(jī)技術(shù)發(fā)展較快，科研人員研究開發(fā)了多種新型抽油機(jī)</p><p>　　目前，有桿泵抽油機(jī)是油田的主要采油設(shè)備，其不但使用數(shù)量大，用電量大，而且系統(tǒng)效率低，節(jié)電潛力巨大，雖然也有很多節(jié)能型抽油機(jī)用于油田，也確實(shí)起到了一定的節(jié)能效果，但由于多方面原因，大部分節(jié)能機(jī)不能很好的適應(yīng)油田的生產(chǎn)，具體有以下5種原因：①部分新型機(jī)的易損件不是通用件，壞了之后不便維修。②部分新型機(jī)造價太高，油田投資巨

18、大。③目前各種新型抽油機(jī)，傳動元件的使用壽命尚不理想。實(shí)踐證明，新型抽油機(jī)的可靠性是決定抽油機(jī)成敗的關(guān)鍵。④油田工人一時很難熟悉一些新型機(jī)，日常維護(hù)困難。⑤一些新型機(jī)雖然節(jié)能但維修費(fèi)用高，入不敷出。</p><p>　　大慶油田是全國最大的油田，目前油田常用的抽油機(jī)包括：常規(guī)游梁式抽油機(jī)、前置式抽油機(jī)、異相曲柄抽油機(jī)、偏置式抽油機(jī)、擺桿式抽油機(jī)、雙驢頭式抽油機(jī)、復(fù)合輪式抽油機(jī)、摩擦換向式抽油機(jī)、六連桿增程式抽油機(jī)

19、、偏輪式抽油機(jī)、B游梁式抽油機(jī)等等。部分新型節(jié)能抽油機(jī)正在實(shí)驗當(dāng)中，由于大部分新型抽油機(jī)各有優(yōu)缺點(diǎn)，所以還沒有大批量投入使用</p><p>　　近年來，隨著大慶油田老區(qū)塊開發(fā)的不斷深入，油田含水率迅速上升，開發(fā)經(jīng)濟(jì)效益逐年下降，剩余未動用儲量絕大部分是有效厚度較小、儲量豐度較低的難采儲量。目前，企業(yè)在資金緊張、降低基本建設(shè)投資和控制生產(chǎn)成本的情況下，對于老區(qū)塊應(yīng)何時改變采油方式，才能延長油田的經(jīng)濟(jì)開采期；新區(qū)塊

20、如何根據(jù)其地質(zhì)條件，選擇最佳的舉升方式，使油田獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益，是企業(yè)面臨的新問題。因此，開展機(jī)械采油方式優(yōu)選評價研究很有必要。</p><p>　　游梁式抽油機(jī)的有桿泵全系統(tǒng)的總效率在國內(nèi)一般地區(qū)平均只12%-23%，系統(tǒng)效率低，能耗大，耗電就多。此外，隨著老油田油井的注水開發(fā)，油田己進(jìn)入高含水采油期。不斷提高產(chǎn)液量，以液保油，這是注水開采油田保證原油穩(wěn)產(chǎn)的必要趨勢。這種開采特點(diǎn)要求抽油機(jī)的沖程越長越好，使得

21、在役的常規(guī)游梁式抽油機(jī)機(jī)型偏小，在一定程度上已經(jīng)不能滿足長沖程、低沖次的要求。</p><p>　　偏置式節(jié)能抽油機(jī)是國內(nèi)油田目前使用最多的節(jié)能型抽油機(jī)。自80年代中后期，在我國石油礦場上廣泛推廣應(yīng)用了偏置式抽油機(jī)。該機(jī)保持了常規(guī)抽油機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，與常規(guī)游梁式抽油機(jī)相比，該機(jī)的游梁后臂縮短，減速箱相對于支架位置后移。</p><p>　　1.2抽油機(jī)的發(fā)展及節(jié)能</p>&l

22、t;p>　　抽油機(jī)的發(fā)展趨勢主要朝以下幾個方向：</p><p><b>　　(1)大型化方向</b></p><p>　　隨著世界油氣資源的不斷開發(fā)，開采油層深度逐年增加，石油含水量也不斷增大，采用大泵提液采油工藝和開采稠油等，都要求采用大型抽油機(jī)。所以，近年來國外出了許多大載荷抽油機(jī)，例如前置式氣平衡抽油機(jī)最大載荷213KN、氣囊平衡抽油機(jī)最大載荷227KN

23、等，將來會有更大載荷抽油機(jī)出現(xiàn)。</p><p>　　(2)低能耗方向 </p><p>　　為了減少能耗，提高經(jīng)濟(jì)效益，近年來研制與應(yīng)用了許多節(jié)能型抽油機(jī)。如異相雙驢頭抽油機(jī)、擺桿抽油機(jī)、漸開線抽油機(jī)、摩擦換向抽

24、油機(jī)、液壓抽油機(jī)及各種節(jié)能裝置和控制裝置。</p><p>　　(3)朝著高適應(yīng)性方向發(fā)展</p><p>　　現(xiàn)在抽油機(jī)應(yīng)具備較高的適應(yīng)性，以便拓寬使用范圍。例如適應(yīng)各種自然地理和地質(zhì)構(gòu)造條件抽油的需要；適應(yīng)各種成份石油抽汲的需要；適應(yīng)各種類型油井抽汲的需要；適應(yīng)深井抽汲的需要；適應(yīng)長沖程的需要；適應(yīng)節(jié)電的需要；適應(yīng)精確平衡的需要；適應(yīng)無電源和間歇抽汲的需要。</p>&l

25、t;p>　　(4)朝著長沖程無游梁式抽油機(jī)方向發(fā)展</p><p>　　近年來國內(nèi)、外研制與應(yīng)用了多種類型的長沖程抽油機(jī)，其中包括增大沖程游梁式抽油機(jī)，增大沖程無游梁式抽油機(jī)和長沖程無游梁式抽油機(jī)。實(shí)踐與理論表明，增大沖程無游梁式抽油機(jī)式增大沖程抽油機(jī)的發(fā)展方向，長沖程無游梁式抽油機(jī)是長沖程抽油機(jī)的發(fā)展方向。</p><p>　　(5)朝著自動化和智能化方向發(fā)展</p>

26、<p>　　近年來，抽油機(jī)技術(shù)發(fā)展的顯著標(biāo)志是自動化和智能化。BAKER提升系統(tǒng)公司、DELIA0-X公司、APS公司等研制了自動化抽油機(jī)，具有保護(hù)和報警功能，實(shí)時測得油井運(yùn)動參數(shù)及時顯示與記錄，并通過綜合計算分析，得出最優(yōu)工況參數(shù)，進(jìn)一步指導(dǎo)抽油在最優(yōu)工況抽油。NSCO公司職能抽油機(jī)采用微處理機(jī)和自適應(yīng)電子控制器進(jìn)行控制與監(jiān)測，具有抽油效率高、節(jié)電、功能多、安全可靠、經(jīng)濟(jì)性好、適應(yīng)性強(qiáng)等。</p><p

27、>　　總而言之，抽油機(jī)將朝著節(jié)能降耗并具有自動化、智能化、長沖程、大載荷、精確平衡等方向發(fā)展。</p><p>　　抽油機(jī)節(jié)能技術(shù)目前主要從以下幾個方面進(jìn)行研究：</p><p>　　(1)改進(jìn)抽油機(jī)結(jié)構(gòu)。這種方法主要是通過對抽油機(jī)四桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計和改變抽油機(jī)平衡方式來改變抽油機(jī)曲柄凈扭矩曲線的形狀和大小，使扭矩波動平緩，從而減小抽油機(jī)的周期載荷系數(shù)，提高電動機(jī)的工作效率，達(dá)到節(jié)能

28、的目的。</p><p>　　(2)采用節(jié)能驅(qū)動設(shè)備。這種方法是從研究電機(jī)的特性入手，研究開發(fā)新型的電動機(jī)，使之與采油井井況相匹配，進(jìn)而達(dá)到提高電動機(jī)的效率和功率因數(shù)的目的，即采用高轉(zhuǎn)率的電動機(jī)(轉(zhuǎn)差率8%~13%)和朝高轉(zhuǎn)差率電動機(jī)代替常規(guī)轉(zhuǎn)差電動機(jī)(轉(zhuǎn)差率＜5%)。另外，還有采用節(jié)能配電箱來實(shí)現(xiàn)節(jié)電的。</p><p>　　(3)采用節(jié)能控制裝置。如DCS系列抽油機(jī)多功能程控裝置、間抽

29、定時控制。</p><p>　　(4)采用節(jié)能原部件。如窄V型帶傳動或同步帶傳動等。</p><p>　　(5)改進(jìn)平衡方式。如采用氣動平衡或天平平衡等。</p><p>　　(6)改進(jìn)“三抽”系統(tǒng)部件。有采用抽油桿導(dǎo)向器、空心抽油桿、減震式懸</p><p>　　件，都可提高三抽系統(tǒng)的工作效率，達(dá)到節(jié)能的目的。</p><

30、;p>　　(7)采用高效節(jié)能泵，提高泵效，降低百米噸耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。</p><p>　　總之，近年來抽油機(jī)節(jié)能技術(shù)的研究己經(jīng)成為科技攻關(guān)的方向。以上七種方法取得了顯著的節(jié)能效果。</p><p>　　1.3在役游梁式抽油機(jī)優(yōu)化設(shè)計的研究</p><p>　　游梁式抽油機(jī)是石油開采的主要設(shè)備,也是主要耗能設(shè)備,其驅(qū)動電機(jī)負(fù)載率通常都小于30%。這種情況的存在,使

31、電能的利用率降低,增加了電能的損耗。目前,常規(guī)游梁式抽油機(jī)因其結(jié)構(gòu)簡單、操作維修方便、使用壽命長等原因,仍為各大油田的主要采油設(shè)備,其數(shù)量約占抽油機(jī)總數(shù)的50%左右。但因其主體結(jié)構(gòu)為鉸鏈四連桿機(jī)構(gòu),其運(yùn)動速度、加速度峰值、扭矩因數(shù)峰值、曲柄軸凈扭矩峰值都較大,扭矩曲線波動亦較大,存在負(fù)扭矩,因此能耗較大,對在役常規(guī)游梁式抽油機(jī)進(jìn)行節(jié)能技術(shù)改造具有非常重要的意義。方便的前提下,建立了常規(guī)游梁式抽油機(jī)運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)分析的數(shù)學(xué)模型,分析得出常

32、規(guī)游梁式抽油機(jī)四桿機(jī)構(gòu)中游梁后臂C、連桿P以及曲柄半徑R的減小都可以降低扭矩因數(shù)峰值,減小所需最大平衡扭矩,使減速箱曲柄軸凈扭矩曲線變得平緩,波動減小。因此,三種優(yōu)化方案,分別為優(yōu)化游梁后臂C;優(yōu)化游梁后臂C和連桿P;優(yōu)化游梁后臂C、連桿P和曲柄半徑R。采用了遺傳算法分別對三種方案進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計,由優(yōu)化結(jié)果分析可得,優(yōu)化后抽油機(jī)懸點(diǎn)速度、加速度、扭矩因數(shù)峰值都降低了,在原有最大平衡扭矩的作用下,平衡度都有明顯的提高,且極位夾角均增大了,

33、工作制度變?yōu)榉菍?lt;/p><p>　　其二可以變頻調(diào)速和功率因數(shù)閉環(huán)控制：這種游梁式抽油機(jī)節(jié)能裝置的硬件部分以AT89C51單片機(jī)為核心,包括主電路、控制電路、驅(qū)動電路、保護(hù)電路、功率因數(shù)檢測電路和能量回饋電路等部分。主電路采用交-直-交電壓型結(jié)構(gòu);控制電路部分由脈寬調(diào)制芯片SA866AE產(chǎn)生SPWM控制信號。AT89C51單片機(jī)控制部分由顯示電路、鍵盤電路、復(fù)位電路、記憶電路、功率因數(shù)計算電路和頻率輸出電路等組

34、成;驅(qū)動電路選用IGBT專用驅(qū)動模塊EXB841進(jìn)行控制信號的放大;保護(hù)電路實(shí)現(xiàn)過流過壓保護(hù)、短路保護(hù)等功能。軟件部分包括SA866AE外接EEPROM初始化參數(shù)的設(shè)計、單片機(jī)控制程序和電機(jī)軟啟動程序,軟件采用匯編語言編程。 論文最后對所設(shè)計的部分電路進(jìn)行了實(shí)驗分析。勝利油田現(xiàn)場運(yùn)行測試結(jié)果表明,該裝置可以使三相交流異步電動機(jī)功率因數(shù)大幅提高,綜合節(jié)電率達(dá)到26.58%,節(jié)能效果明顯。</p><p><b

35、>　　1.4本次設(shè)計意義</b></p><p>　　目前，我國開采石油耗電指標(biāo)與國外先進(jìn)水平相比，還有很大差距，我國抽油機(jī)的運(yùn)行效率特別低，平均效率僅為25.96%，而國外平均水平為30.05%，年節(jié)能潛 力可達(dá)幾十億千瓦時,盡管研制和應(yīng)用了一些節(jié)能抽油機(jī)，但是由于使用數(shù)量不多，其總耗電量還是很大的，近年來，我國研制的新型抽油機(jī)，幾乎都具有高效節(jié)能特點(diǎn)，目前，在用的抽油機(jī)系統(tǒng)效率一般在20%~

36、30%之間，因此，開展新型抽油機(jī)，替換常規(guī)機(jī)型是大勢所趨，隨著油田的不斷開發(fā)，地層能量逐漸消耗，為了保證原油的穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)，機(jī)械采油己經(jīng)成為廣泛采用的一種方法。我國有機(jī)采油井5萬多口，占油井總數(shù)的80%左右，抽油機(jī)井的耗電量占總耗電量的四分之一，由于抽油機(jī)井的系統(tǒng)效率較低，大量的能量(70%以上)在傳遞過程中損失掉，如果將抽油機(jī)井的系統(tǒng)效率提高5%，年節(jié)電20×10e8千瓦時，這不僅可節(jié)約大量資金，而且，還可以緩解油田電力緊張狀

37、況。</p><p>　　當(dāng)今世界，資源日益匱乏，為了人類的繼續(xù)生存，“節(jié)約”成為永遠(yuǎn)不變的一個主題，本設(shè)計既是針對“節(jié)能降耗”要求展開的。其理論意義在于找出機(jī)械采油中節(jié)能降耗的技術(shù)關(guān)鍵和理論依據(jù)，對現(xiàn)有抽油機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化和創(chuàng)新，設(shè)計出雙輪直平式抽油機(jī)結(jié)構(gòu)，使其提高油田采油效率，降低能量損失，具有較高經(jīng)濟(jì)效益。雙輪直平式抽油機(jī)是油田采油機(jī)械中的新型設(shè)備，對它進(jìn)行深入研究，必然使采油機(jī)械中又增添新品種，因而具有較高

38、的理論意義。如果推廣本成果，必將為油田生產(chǎn)提供新的動力，對穩(wěn)產(chǎn)增效，節(jié)能降耗，發(fā)展油田生產(chǎn)有很重要的應(yīng)用價值。</p><p>　　第2章 新機(jī)型的方案設(shè)計</p><p>　　2.1傳動方案的設(shè)計</p><p>　　2.1.1傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　盡管抽油機(jī)的種類很多，但是在油田上被普遍采用的抽油機(jī)種類并不多。目</p&

39、gt;<p>　　最廣泛的是機(jī)械平衡式抽油機(jī)。它主要由游梁、驢頭、橫梁、連桿、曲柄、減速</p><p>　　機(jī)構(gòu)、支架、底座，懸繩器、平衡重及原動機(jī)等組成。因此，根據(jù)油田上被普遍采用的常規(guī)式抽油機(jī)以及國內(nèi)、外現(xiàn)行的節(jié)能抽油機(jī)實(shí)現(xiàn)動作所依賴的機(jī)構(gòu)，將機(jī)構(gòu)方案定為四連桿。傳動方案如圖2-1所示。</p><p>　　圖2-1 雙輪直平式抽油機(jī)運(yùn)動簡圖</p>&l

40、t;p>　　雙輪直平式抽油機(jī)區(qū)別于常規(guī)游梁式抽油機(jī)的地方如下：</p><p><b>　　(1)雙輪</b></p><p>　　常規(guī)抽油機(jī)的驢頭用來將游梁前端的往復(fù)圓弧運(yùn)動變?yōu)槌橛蜅U的垂直直線往復(fù)運(yùn)動，我們將常規(guī)游梁式抽油機(jī)的游梁以及驢頭部分改成雙輪機(jī)構(gòu)，這樣就簡化了結(jié)構(gòu)，并且能夠滿足運(yùn)動要求。為了滿足沖程的要求，我們可以讓輪旋轉(zhuǎn)較大角度，這樣，大轉(zhuǎn)角乘以小

41、半徑仍然能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)定的沖程。</p><p><b>　　(2)平衡重</b></p><p>　　由于常規(guī)游梁式抽油機(jī)上、下沖程的載荷很不均勻，上沖程時，驢頭需要提起抽油桿柱和油柱，而下沖程時，抽油桿依靠自重就可以下落，這樣使發(fā)動機(jī)做功極不均勻，為了使上、下沖程發(fā)動機(jī)做功均勻，采用了平衡重結(jié)構(gòu)。游梁式抽油機(jī)平衡重可分為游梁平衡重和曲柄平衡重。而雙輪直平式抽油機(jī)采用直

42、接平衡，即平衡重直接連接在輪上，這樣就大副降低了懸點(diǎn)負(fù)荷，改善了連桿、曲柄的受力狀態(tài)。</p><p><b>　　(3)極位夾角</b></p><p>　　抽油機(jī)在整個工作過程中所要承受的載荷相當(dāng)大，并且還要保證抽油機(jī)的工作壽命，所以就要降低抽油桿的運(yùn)動速度。因此，采用了極位夾角，即在整個周期中，上沖程時間較長，下沖程時間較短。</p><p&

43、gt;<b>　　(4)電動機(jī)</b></p><p>　　電動機(jī)是抽油機(jī)的動力源。由于常規(guī)游梁式抽油機(jī)負(fù)扭矩大以及扭矩波動不平緩，而造成了電動機(jī)工作不平穩(wěn)、工作效率較低的現(xiàn)象。雙輪直平式抽油機(jī)采用在輪上直接平衡的方法，使電動機(jī)在整個抽油過程中所要克服的扭矩就大為減少，那么電動機(jī)的實(shí)際功耗和裝機(jī)功率均有大幅下降。</p><p><b>　　(5)結(jié)構(gòu)尺寸&

44、lt;/b></p><p>　　在設(shè)計的過程中始終注意現(xiàn)行抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)尺寸，讓雙輪直平式抽油機(jī)盡量比現(xiàn)行抽油機(jī)型結(jié)構(gòu)簡單，以便于雙輪直平式抽油機(jī)的制造、加工和維護(hù)，這樣有利于該機(jī)型的市場經(jīng)濟(jì)效益。</p><p><b>　　2.1.2傳動原理</b></p><p>　　如圖2-l所示，1為電動機(jī)、2為V帶、3為減速器、4為曲柄、5為

45、連桿、6為平衡重、7為雙輪、8為鋼絲繩。電動機(jī)通過三角皮帶傳動帶動減速箱，電動機(jī)的速度經(jīng)減速箱減速后，再通過曲柄、連桿、輪將減速箱輸出軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變?yōu)檩喌耐鶑?fù)旋運(yùn)動，輪的往復(fù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動帶動抽油桿作上下往復(fù)直線運(yùn)動。</p><p>　　圖2-2 傳動原理圖</p><p>　　實(shí)際上雙輪直平式抽油機(jī)的傳動原理與常規(guī)機(jī)是一樣的，雙輪的后輪相當(dāng)于常規(guī)機(jī)的游梁后臂，前輪相當(dāng)于常規(guī)機(jī)的游梁前臂，抽油

46、桿變成了彈性鋼繩。主要運(yùn)動部件如圖2-2所示。圖中1是曲柄，2是連桿，3是后輪。</p><p><b>　　2.1.2傳動特點(diǎn)</b></p><p>　　(1)該機(jī)采用雙輪結(jié)構(gòu)代替了常規(guī)游梁式抽油機(jī)的游梁，并且是雙跨式，這樣有利于修井作業(yè)，使之不必讓開井口。</p><p>　　(2)該機(jī)采用無游梁直接驅(qū)動，縮短了傳動鏈，使傳動效率提高到9

47、0%。</p><p>　　(3)平衡重直接連接在輪上，大副降低了懸點(diǎn)負(fù)荷，改善了連桿、曲柄的受力狀態(tài)，使連桿和曲柄不易發(fā)生斷裂，增加了使用壽命，提高了該機(jī)的安全可靠性。</p><p>　　(4)增大了極位夾角，實(shí)現(xiàn)了“上慢下快”的運(yùn)動方式，增加了泵的充滿度，提高了產(chǎn)液量。</p><p>　　(5)由于采用了無游梁驅(qū)動，該機(jī)的整體結(jié)構(gòu)比常規(guī)游梁式抽油機(jī)更加簡單。

48、</p><p><b>　　2.2基本參數(shù)擬定</b></p><p>　　抽油設(shè)備的功用就是從一定的井深處抽出一定的數(shù)量的原油，所以，井深和產(chǎn)量就標(biāo)志著抽油設(shè)備的工作范圍。為了達(dá)到這兩個目標(biāo)，對抽油機(jī)的工作能力提出了四方面的要求，它們分別是懸點(diǎn)（掛抽油桿處）的最大懸點(diǎn)載荷、懸點(diǎn)最大沖程長度、懸點(diǎn)最大沖程次數(shù)和減速箱曲柄軸的最大允許扭矩。這就是抽油機(jī)的基本參數(shù)，下面

49、分別來分析。</p><p>　　2.2.1懸點(diǎn)最大載荷確定</p><p>　　懸點(diǎn)載荷是表明抽油機(jī)工作能力的重要參數(shù)之一，也是抽油機(jī)設(shè)計技術(shù)和選擇使用的主要根據(jù)。目前，懸點(diǎn)的最大允許載荷從5~8kN到150~280kN。</p><p>　　根據(jù)懸點(diǎn)最大允許載荷的變化范圍，可把抽油機(jī)分為下列幾種：</p><p>　　輕型抽油機(jī)：30kN

50、</p><p>　　中型抽油機(jī)：30kN<100kN</p><p>　　重型抽油機(jī)：<100Kn</p><p>　　當(dāng)抽油泵工作時，抽油機(jī)的懸點(diǎn)上作用有以下六項載荷：</p><p>　　(1)抽油桿柱自重(它在油中的重量為)，作用方向向下；</p><p>　　(2)油管內(nèi)、柱塞上的油柱重 (即柱塞

51、面積減去抽油桿面積上的油柱重)，作用向向下；</p><p>　　(3)油管外油柱對柱塞下端的壓力，的大小取決于泵的沉沒度，作用方向向上；</p><p>　　(4)抽油桿柱與油柱運(yùn)動產(chǎn)生的慣性載荷和，它們的大小與懸點(diǎn)加速度的小成正比，而作用方向與加速度的方向相反；</p><p>　　(5)抽油桿柱與油柱運(yùn)動所產(chǎn)生的振動載荷，的大小和方向都是變化的；</p&

52、gt;<p>　　(6)柱塞與泵筒間、抽油桿和油管的半干摩擦力，抽油桿柱與油柱間、油柱與管間以及油流通過抽油泵游動閥的液體摩擦力，和的作用方向與抽油桿運(yùn)動方向相反，其中游動閥的液體摩擦力只在泵下沖程、游動閥打開時產(chǎn)生，所以它的作用方向只向上。</p><p>　　上述(1)、(2)、(3)三項載荷與抽油桿的運(yùn)動無關(guān)，稱為靜載荷；(4)、(5)兩項載荷與抽油桿的運(yùn)動有關(guān)，稱為動載荷；(6)項載荷也與抽

53、油桿的運(yùn)動有關(guān)，但是在直井、油管蠟少和原油粘度不高的情況下，它們在總作用載荷中占的比重很小，約占2%~5%，一般可以略去不計。下面分別討論以上幾種載荷：</p><p>　　抽油機(jī)在空氣中的重量為：</p><p><b>　　(2-1)</b></p><p>　　油管內(nèi)、柱塞上的油柱重為：</p><p><b

54、>　　(2-2)</b></p><p>　　抽油桿載油中的重量為：</p><p><b>　　(2-3)</b></p><p>　　油井中動液面以上斷面積等于柱塞面積的油柱的重量為：</p><p><b>　　(2-4) </b></p><p>

55、　　式中 ——抽油桿材料的密度，kg/；</p><p>　　——抽汲液體的密度， kg/；</p><p>　　——抽油材料的重度， N/；</p><p>　　——抽汲液體的重度， N/；</p><p>　　F ——泵柱塞的面積， ；</p><p>　　——抽油桿截面積，

56、 m；</p><p>　　L——抽油桿長度或下泵深度， m；</p><p>　　下面分別對上沖程、下沖程、上死點(diǎn)、下死點(diǎn)四種情況進(jìn)行分析，見圖2-1所示。</p><p><b>　　(1)上沖程</b></p><p>　　當(dāng)懸點(diǎn)從下死點(diǎn)向上移動時，如圖2-1a所示，游動閥在柱塞上部油柱的壓力下而關(guān)閉，而固定閥

57、在柱塞下面泵筒內(nèi)、外壓差的作用下打開。由于游動閥關(guān)閉，使懸點(diǎn)承受抽油桿自重和柱塞上油柱重，這兩個載荷的作用方向都向下。同時，由于固定閥打開，使油管外-定沉沒度的油柱對柱塞下表面產(chǎn)生向上的壓力。因此，上沖程時懸點(diǎn)的靜載荷為：</p><p><b>　　(2-5)</b></p><p><b>　　(2)下沖程</b></p>&l

58、t;p>　　當(dāng)懸點(diǎn)載荷由上死點(diǎn)向下移動時，如圖2-1b所示，游動閥在上、下壓力差作用下打開，而固定閥在泵筒內(nèi)、外壓力差作用下關(guān)閉。游動閥打開，使懸點(diǎn)只承受抽油桿柱在液體中的重量，固定閥關(guān)閉，使油柱重量轉(zhuǎn)移到固定閥和油管上。因此，下沖程時懸點(diǎn)的靜載荷為：</p><p>　　= (2-6)</p><p>　　對抽油桿來說，上死點(diǎn)

59、懸點(diǎn)載荷瞬時發(fā)生變化，由下沖程的變到上沖程，增加了其大小為，載荷增加使油桿伸長，伸長的大小為：</p><p>　　(2-7)式中 E——鋼材的彈性模數(shù)，2.1×N/。</p><p>　　a—上沖程 b—下沖程</p><p>　　圖2-1懸點(diǎn)載荷作用 </p><p>　　在伸長變形完成以后，載荷才全部加在抽油桿或懸點(diǎn)

60、上。實(shí)際上，在抽油桿柱受載伸長的過程中，驢頭已經(jīng)開始上沖程。當(dāng)懸點(diǎn)向上走了距離時，由于同時產(chǎn)生的油桿柱伸長的結(jié)果，使柱塞還停留在原來的位置，即柱塞相對泵筒沒有運(yùn)動，因而不抽油。如圖2-2C所示。</p><p>　　對油管柱來說，下沖程時，由于游動閥打開和固定閥關(guān)閉，整個油柱重量都由柱塞和抽油桿柱承擔(dān)，而油管柱上就沒有這個載荷的作用了。因此，在抽油柱加載的同時油管柱卸載。卸載引起油管柱的縮短，直到縮短變形完畢以后

61、，油管柱的載荷才全部卸掉。油管柱縮短的大小為：</p><p>　　(2-8)式中 ——油管管壁的斷面積，；</p><p>　　這樣一來，雖然懸點(diǎn)帶著柱塞向上移動，但是由于油管柱的縮短，使油管柱的下端也跟著柱塞向上移動，柱塞相對泵筒沒有運(yùn)動，還不能抽油，如圖2-2d所示。一直到懸點(diǎn)經(jīng)過一段以后，柱塞才開始抽油。</p><p><b>　　上沖程

62、 下沖程</b></p><p>　　a) b） c） d） e）</p><p>　　圖2-2 抽油桿柱和油管柱變形過程</p><p><b>　　(3)上死點(diǎn) </b></p><p>　　經(jīng)分析表明：懸點(diǎn)從下死點(diǎn)到上死點(diǎn)雖然走了S，但由于抽油桿柱和油管柱的靜變形，使抽油泵柱塞

63、的有效沖程長度比S?。?lt;/p><p>　　=S- (2-9)而靜變形為：</p><p>　　=== (2-10)式中 稱為變形分配系數(shù)，一般可取0.6~0.9。</p><p><b>　　(4)上死點(diǎn)</b></p><p>　　它和下死點(diǎn)情況恰恰相反。

64、這時對抽油桿柱來說，靜載荷由上沖程的變到下沖程的，減小了油柱重，抽油桿因而縮短了。因此，當(dāng)懸點(diǎn)向下走了時，由于抽油桿柱的縮短，柱塞在井下原地不動，它對泵筒不產(chǎn)生相對運(yùn)動，因而不能排油。而對油管柱來說，因為加載而伸長了，油管(或泵筒)好象跟著柱塞往下走。所以，在懸點(diǎn)再走完入以前，柱塞和泵筒還不能產(chǎn)生相對運(yùn)動，也不會排油。因此，在排油過程中，柱塞的有效沖程長度比懸點(diǎn)沖程長度S減小了一個同樣的靜變形值。</p><p>

65、;　　上、下沖程中懸點(diǎn)載荷隨懸點(diǎn)位移的變化規(guī)律用圖2-3來表示，這種圖形稱為靜力示功圖。</p><p>　　圖2-3 靜力示功圖</p><p>　　圖中AB斜線表示懸點(diǎn)上沖程開始時載荷由柱塞傳遞到懸點(diǎn)的過程。EB線相當(dāng)于柱塞與泵筒沒有發(fā)生相對運(yùn)動時懸點(diǎn)上行的距離，即EB=。當(dāng)全部載荷都作用到懸點(diǎn)以后，靜載荷就不再變化而成水平線BC，到達(dá)上死點(diǎn)C為止。CD段表示抽油桿柱的卸載過程。卸載完

66、畢后，懸點(diǎn)又以一個不變的靜載荷向下運(yùn)動，成為水平線DA而回到A。</p><p>　　根據(jù)大慶地區(qū)的實(shí)際情況：泵掛1000m，沉沒度300m，泵徑70mm，抽油桿直徑25mm，沖程S=3m，沖次n=9次\min，含水0.9；</p><p><b>　　L=1000m</b></p><p><b>　　所以：</b>&l

67、t;/p><p><b>　　(1)上沖程：</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　(2)下沖程：</b></p><p><b>　　(3)下死點(diǎn)：</b></p><p><b>　　

68、(4)上死點(diǎn)：</b></p><p><b>　　=0.26m</b></p><p>　　2.2.2懸點(diǎn)最大沖程長度</p><p>　　懸點(diǎn)最大沖程長度主要決定了抽油機(jī)的產(chǎn)量。在石油機(jī)械中，應(yīng)用的懸點(diǎn)最大沖程長度從0.3到10米，而最為廣泛的是在6米以下。</p><p>　　根據(jù)大慶地區(qū)現(xiàn)行抽油機(jī)的情

69、況，本機(jī)型的最大沖程長度設(shè)計在3.00米。</p><p>　　2.2.3懸點(diǎn)最大沖程次數(shù)</p><p>　　懸點(diǎn)的最大沖程次數(shù)表明了抽油機(jī)的抽汲工況。最大沖程次數(shù)和懸點(diǎn)最大沖程長度一起確定了抽油機(jī)的最大產(chǎn)量（當(dāng)泵徑一定時）。目前實(shí)際應(yīng)用的最大沖次從2到20由于抽油桿的折斷次數(shù)與之成正比，因此限制了沖次的提高。</p><p>　　根據(jù)大慶地區(qū)的現(xiàn)行抽油機(jī)的情況，

70、本機(jī)型的最大沖程次數(shù)定為9。</p><p>　　2.2.4減速箱曲柄軸的最大允許扭矩</p><p>　　曲柄軸的最大允許扭矩與懸點(diǎn)載荷、懸點(diǎn)最大沖程長度以及懸點(diǎn)的最大沖程次數(shù)有著一定的關(guān)系。特別是和懸點(diǎn)最大沖程長度成正比。懸點(diǎn)沖程長度越大，曲柄軸上的最大允許扭矩就越大。曲柄軸的最大允許扭矩也確定了減速箱的尺寸和重量。</p><p>　　根據(jù)減速箱的最大允許扭矩

71、,抽油機(jī)可分為：</p><p>　　小扭矩： 10KN.m</p><p>　　中等扭矩：10KN.m<30KN.m</p><p>　　大扭矩： 30KN.m<60KN.m</p><p>　　超大扭矩：>60KN.m</p><p>　　將扭矩與沖程次數(shù)相乘可得抽油機(jī)的功率。按照抽油機(jī)的功率

72、可將抽油機(jī)分為：</p><p><b>　　小功率： 5kw</b></p><p>　　中等功率：5kw<25kw</p><p>　　大功率： 25kw<100kw</p><p>　　超大功率：>100kw</p><p>　　如圖2-4所示，常規(guī)游梁式抽油機(jī)由于采用

73、的是曲柄處平衡，懸點(diǎn)的最大載荷主要取決于抽油桿柱和油柱的重量，其上沖程的最大懸點(diǎn)載荷可達(dá)60kN，因此可稱之為重型抽油機(jī)。而本機(jī)型采用了在輪處直接平衡，這樣在上下沖程的載荷都只相當(dāng)20kN左右，也就是只相當(dāng)于常規(guī)式抽油機(jī)的最大懸點(diǎn)載荷的1\ 3.減速箱曲柄軸上的扭矩的計算公式, 由于平衡重在輪上，所以：</p><p>　　上沖程時，根據(jù)平衡原理：</p><p>　　圖2-4 力平衡圖

74、 </p><p>　　下沖程時，此時比大，根據(jù)平衡原理：</p><p><b>　　M=-</b></p><p>　　式中 M——所需扭矩；</p><p>　　——平衡重產(chǎn)生的扭矩；</p><p>　　——懸點(diǎn)載荷產(chǎn)生的扭矩。<

75、/p><p>　　本機(jī)型所采用的在輪處直接平衡，在上下沖程的懸點(diǎn)載荷都被平衡重所平衡一部分或全部平衡，所達(dá)到的效果是只相當(dāng)于常規(guī)式抽油機(jī)的最大懸點(diǎn)載荷的1/3,并且在整個工作過程中M的值波動較小。</p><p>　　2.3主要結(jié)構(gòu)尺寸確定</p><p>　　在設(shè)計這個抽油機(jī)的過程中，我們本著在原機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計，盡可能的保證與原有結(jié)構(gòu)一樣，因此設(shè)計出的抽油機(jī)的零件

76、與常規(guī)機(jī)的零件具有通用性，很多部分的結(jié)構(gòu)與常規(guī)機(jī)結(jié)構(gòu)相似，這樣對于工人操作沒有更多或者更高要求。</p><p>　　對于結(jié)構(gòu)尺寸的計算，為了準(zhǔn)確，采用了計算機(jī)繪圖和計算編程來實(shí)現(xiàn)，只需賦值銷子所在半徑，曲柄長，以及極位夾角計算機(jī)會自動算出連桿的長度，然后結(jié)合AUTOCAD繪圖就能給出各個具體尺寸。</p><p>　　如表2-1所示本機(jī)型的主要結(jié)構(gòu)尺寸。</p><p

77、>　　表2-1 抽油機(jī)的主要結(jié)構(gòu)尺寸</p><p>　　第3章 新機(jī)型的運(yùn)動分析</p><p><b>　　3.1運(yùn)動規(guī)律分析</b></p><p>　　在分析懸點(diǎn)運(yùn)動規(guī)律時，目前一般采用兩種分析方法：一是簡化分析方法；二是精確分析方法。簡化分析方法可分為兩種：一種是簡化為簡諧運(yùn)動；而是簡化為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。簡化分析方法的研究結(jié)果可用

78、于一般計算和分析。但是做精確的分析計算和抽油機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計時，則有必要按精確分析方法來研究抽油機(jī)的實(shí)際運(yùn)動規(guī)律。</p><p>　　在精確分析抽油機(jī)運(yùn)動規(guī)律時，復(fù)變矢量法是一種比較簡單的方法。根據(jù)所設(shè)計的抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)，我們對其進(jìn)行了簡化。如圖4-1所示為雙輪直平式抽油機(jī)的運(yùn)動分析簡圖。下面我們就對它進(jìn)行具體的運(yùn)動分析</p><p><b>　　圖3-1 運(yùn)動分析</b>

79、;</p><p>　　(1)曲柄轉(zhuǎn)角θ從12點(diǎn)鐘位置算起，角速度沿順時針方向時取為正值。</p><p>　　(2)各桿件的參考角等角度均從基桿算起，并且沿逆時針方向取為正值。</p><p><b>　　圖中幾何關(guān)系為：</b></p><p><b>　　(3-1)</b></p>

80、<p><b>　　(3-2)</b></p><p>　　L= (3-3)</p><p><b>　　(3-4)</b></p><p><b>　　(3-5)</b></p><p><b>　　(3-6)&l

81、t;/b></p><p>　　圖3-1中各矢量有如下關(guān)系式：</p><p><b>　　(3-7)</b></p><p>　　上述矢量方程用復(fù)變矢量可表示為：</p><p><b>　　(3-8)</b></p><p>　　將上式兩邊對時間求導(dǎo)可得：</

82、p><p><b>　　(3-9)</b></p><p><b>　　或： </b></p><p>　　(3-10) </p><p>　　令方程兩邊實(shí)部和虛部對應(yīng)相等，則可得如下方程組</p><p><

83、b>　　(3-11)</b></p><p><b>　　(3-12)</b></p><p>　　將上述聯(lián)立方程兩邊對時間t求導(dǎo)，可求得速度，即：</p><p><b>　　(3-13)</b></p><p><b>　　(3-14)</b></p

84、><p>　　將上面兩式對時間t求導(dǎo)，可求得加速度，即：</p><p><b>　　(3-15)</b></p><p><b>　　(3-16)</b></p><p>　　懸點(diǎn)速度及加速度可由下式算出：</p><p>　　= (3-1

85、7)</p><p><b>　　3.2計算結(jié)果對比</b></p><p>　　經(jīng)過上面的分析，通過計算機(jī)計算得出結(jié)果，并與CYJ10-3-53HB常規(guī)游梁式抽油機(jī)的運(yùn)動性能進(jìn)行對比如下：</p><p>　　表3-1 運(yùn)動性能對比表</p><p>　　從上表可以看出：最大加速度下降了18.4%，最大速度下降了27.

86、7%，改善了運(yùn)動性能，加速度的降低減小了抽油桿柱和油柱慣性載荷對懸點(diǎn)載荷的影響，降低了懸點(diǎn)載荷，改變了受力狀態(tài)，使該機(jī)的可靠性能增大，同時懸點(diǎn)載荷降低可以使曲柄銷的受力變小，減小了曲柄軸上的扭矩。因此，可以減小電動機(jī)的能耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。</p><p><b>　　3.3運(yùn)動性能對比</b></p><p>　　在實(shí)際井況參數(shù)下，雙輪直平式抽油機(jī)與常規(guī)游梁式抽油機(jī)CYJ

87、10-3-53HB的運(yùn)動曲線對比如圖3-2、圖3-3所示，井況參數(shù)見表3-2</p><p><b>　　表3-2 井況參數(shù)</b></p><p>　　常規(guī)游梁式抽油機(jī)CYJ10-3-53HB：</p><p>　　位移： 3.000m</p><p>　　速度： =1.521 =-1.396</p

88、><p>　　加速度： =2.024 =-1.180</p><p>　　圖3-2 CYJ10-3-53HB型游梁式抽油機(jī)運(yùn)動曲線</p><p>　　雙輪直平式抽油機(jī)： 位移： =3.000m</p><p>　　速度： =1.093 =-1.781</p><p>

89、　　加速度：=1.651 =-1.014</p><p>　　圖3-3 雙輪直平式抽油機(jī)運(yùn)動曲線</p><p>　　第4章 新機(jī)型的動力分析</p><p>　　4.1抽油機(jī)扭矩分析</p><p>　　為了使懸點(diǎn)一定的載荷P和一定的抽汲方式（S和n）工作，減速箱曲柄軸就需要給出一定的扭矩，因此減速箱曲柄軸扭矩是游梁式抽油機(jī)的基本參

90、數(shù)之一。實(shí)踐證明，減速箱曲柄軸扭矩的大小和懸點(diǎn)載荷，各桿件長度的比值和抽油機(jī)的平衡情況有密切關(guān)系。它的合理確定對減速箱的設(shè)計、電動機(jī)功率的選擇和抽油設(shè)備正常工作條件的保證有重要意義，下面首先研究一下減速箱曲柄軸扭矩的大小和變化規(guī)律，然后根據(jù)扭矩來確定抽油機(jī)所需要配備的電動機(jī)的額定功率。</p><p>　　減速箱曲柄軸上靜扭矩的計算公式：</p><p>　　(4-1)式中 ——懸點(diǎn)載荷

91、扭矩，=；</p><p>　　——平衡重等效的扭矩</p><p><b>　　在常規(guī)式抽油機(jī)中：</b></p><p><b>　　(4-2)</b></p><p>　　由于常規(guī)式抽油機(jī)的平衡中是放在曲柄上進(jìn)行平衡載荷，因此：</p><p><b>　　(

92、4-3)</b></p><p>　　在本機(jī)型中與常規(guī)抽油機(jī)是一樣的，差別是在平衡重的等效扭矩上，由于本機(jī)型的平衡重是在輪上，在整個過程中沒有變化。因此平衡重的等效扭矩可直接計算：</p><p>　　=GR (4-4)</p><p>　　平衡重的確定：在上沖程的時候，連桿帶動輪旋轉(zhuǎn)，即把懸點(diǎn)向

93、上提升，這個時候，平衡重能夠平衡一部分的懸點(diǎn)載荷，在下沖程的時候，相當(dāng)于懸點(diǎn)拖動平衡重向下運(yùn)動，這個時候平衡重的重量大于懸點(diǎn)載荷，連桿是推動輪向下運(yùn)動，這個時候連桿的力相當(dāng)于是在推動平衡重的一部分在向下運(yùn)動，為了在整個過程中使扭矩的波動較小，使發(fā)動機(jī)在上沖程和下沖程所做的功盡量相等。</p><p>　　圖4-1抽油機(jī)的靜力示功圖</p><p>　　利用圖4-1的抽油機(jī)靜力示功圖進(jìn)行計算

94、：</p><p><b>　　(4-5)</b></p><p>　　由于在前面的計算： =33133.8N =25090N </p><p>　　=1.5m R=1.7</p><p>　　可得： =68.52kN.m</p><p>　　G=40.305k

95、N</p><p>　　=4.11t（平衡重的質(zhì)量）</p><p>　　通過采用計算機(jī)編程計算，輸入已知常數(shù)和任意轉(zhuǎn)角，計算機(jī)會自動為你計算出該角的扭矩因數(shù)以及轉(zhuǎn)角時的扭矩值，根據(jù)所計算的扭矩值，畫出該機(jī)的扭矩曲線圖，如圖4-2所示，對比于常規(guī)游梁式抽油機(jī)扭矩曲線，如圖4-3所示。</p><p><b>　　雙輪直平式抽油機(jī)：</b><

96、;/p><p>　　曲柄轉(zhuǎn)矩M( kN.m)</p><p>　　最大扭矩：18.3 kN.m 最小扭矩：0 kN.m</p><p>　　圖4-2 雙輪直平式抽油機(jī)扭矩曲線</p><p>　　常規(guī)游梁式抽油機(jī)CYJ10-3-53HB：</p><p>　　曲柄轉(zhuǎn)矩M( kN.m)</p&g

97、t;<p>　　平衡扭矩： 63.00 kN.m</p><p>　　曲柄最大扭矩： 76.179 kN.m 曲柄最小扭矩：-37.516 kN.m</p><p>　　最大扭矩： 29.51 kN.m 最小扭矩：-12.52 kN.m</p><p>　　圖4-3 常規(guī)游梁式抽油機(jī)CYJ10-3-

98、53HB扭矩曲線</p><p>　　4.2電動機(jī)選擇分析</p><p>　　抽油機(jī)工作時，由懸點(diǎn)載荷及平衡重在曲柄軸（減速箱輸出軸）上造成的扭矩與電動機(jī)輸出給曲柄的扭矩平衡。因此，通過懸點(diǎn)載荷及平衡來計算曲柄軸扭矩，不僅可以檢查減速箱是否在超負(fù)荷條件下工作，而且可以用來檢查和計算電動機(jī)功率及功率利用情況。</p><p>　　一定型號的抽油機(jī)所配備的減速箱都有允

99、許的最大扭矩。在一定的情況下，它既限制著油井生產(chǎn)所采用的最大抽油參數(shù)（S、n、D及L）,同時又限制著為了保證大參數(shù)生產(chǎn)所需要的電動機(jī)功率。在生產(chǎn)中既不能只看選點(diǎn)最大載荷，而任意采用大參數(shù)生產(chǎn) ，也不能單純根據(jù)大參數(shù)抽汲的需要，而隨意使用大功率電動機(jī)。例如，對于5型抽油機(jī)，一般選用的電動機(jī)功率最大不要超過20~22Kw.。如果選用27~30的電動機(jī)，則會出現(xiàn)兩種情況：一是電動機(jī)過大，而功率利用不充分（電動機(jī)效率和功率因數(shù)都低）；或者電動機(jī)

100、在滿載條件下工作，但抽油機(jī)必然在超載荷或超扭矩的條件下工作。雖然國外有些油田用天然氣發(fā)動機(jī)做抽油機(jī)動力，但大多數(shù)抽油機(jī)則以電動機(jī)作為動力。因此，在抽油機(jī)井較多的油田上，用于抽油的電能消耗量很大。抽油裝置電動機(jī)的選擇，一方面關(guān)系到電能的利用效率，另一方面將關(guān)系到能否充分發(fā)揮抽油設(shè)備和油層生產(chǎn)能力的問題。</p><p>　　因此，電動機(jī)的選擇是一件很重要的事情，它與扭矩、載荷等密切相關(guān)。</p>&l

101、t;p>　　現(xiàn)在電動機(jī)的選擇是根據(jù)輸出扭矩、額定功率來選擇的。抽油機(jī)的電動機(jī)選擇一般是通過均方根扭矩來計算的。</p><p>　　電動機(jī)的功率與傳遞到減速箱從動軸（曲柄軸）上的扭矩關(guān)系為：</p><p><b>　　(4-6)</b></p><p><b>　　(4-7)</b></p><

102、p>　　式中 ——傳至曲柄軸上的扭矩， N.m；</p><p>　　N——電動機(jī)額定功率， Kw；</p><p>　　N——曲柄周轉(zhuǎn)數(shù)（懸點(diǎn)沖次數(shù)），；</p><p><b>　　——傳動效率</b></p><p><b>　　——皮帶傳動效率</b></p

103、><p><b>　　——減速箱傳動效率</b></p><p>　　由上式就可以得到根據(jù)曲柄軸上的扭矩確定所需要的電動機(jī)額定功率的計算公式為：</p><p><b>　　(4-8)</b></p><p>　　由上式可以看出：電動機(jī)工作時，實(shí)際在曲柄軸上所產(chǎn)生的扭矩和沖數(shù)決定所需要的電動機(jī)功率。但是

104、曲柄軸扭矩整個工作過程中是變化的，而只在上、下沖程的某一瞬時達(dá)到最大值。</p><p>　　在變負(fù)荷條件下，電動機(jī)的選擇就不能根據(jù)瞬時扭矩來計算，否則電動機(jī)在大部分時間不能滿載工作，起效率和功率因數(shù)都不高，電動機(jī)利用率不充分。在變載荷條件下，電動機(jī)的選擇一般方法是根據(jù)負(fù)載電流或扭矩的變化規(guī)律，按均方根求出等值電流或等值扭矩來計算。則：</p><p><b>　　(4-9)&l

105、t;/b></p><p>　　式中 ——電動機(jī)額定功率， KW；</p><p>　　n——沖數(shù)， ；</p><p><b>　　——傳動效率</b></p><p>　　——曲柄軸上的均方根扭矩，N·m；</p><p>　　所謂均方

106、根扭矩，就是用一個不變化的固定扭矩代替變化的實(shí)際扭矩，使其電動機(jī)的發(fā)熱條件相同，則此固定扭矩即為實(shí)際變化扭矩的等值扭矩。它可以計算得到的扭矩曲線或測得的瞬時扭矩來計算：</p><p><b>　　(4-10)</b></p><p>　　式中 M——曲柄軸瞬時扭矩（隨曲柄轉(zhuǎn)角而變），N.m；</p><p><b>　　——曲柄轉(zhuǎn)

107、角</b></p><p>　　計算時取的間隙越小，則計算越準(zhǔn)確。</p><p>　　的計算時，計算機(jī)充分顯示了它的優(yōu)越性，你可以盡量的取小，這樣算出來的值就越準(zhǔn)確。經(jīng)過計算機(jī)的計算，得到：=13.1Kw</p><p>　　在計算扭矩的時候我發(fā)現(xiàn)本機(jī)型的扭矩在整個過程中的最大值較常規(guī)機(jī)減少了很多，且在整個過程中扭矩的無負(fù)值（消除了常規(guī)機(jī)中出現(xiàn)的下沖程

108、發(fā)動機(jī)反而接受能量的現(xiàn)象）、變化不大、波動較小，達(dá)到了設(shè)計要求。</p><p><b>　　4.3節(jié)電效果分析</b></p><p>　　所謂節(jié)電率是指電動機(jī)有功功率的相對下降率，它表明在同等工況下，電動機(jī)在改造前后耗電的相對值，是衡量介電性能指標(biāo)的主要指標(biāo)。即：</p><p><b>　　(4-11)</b><

109、;/p><p>　　式中 ——節(jié)電率；</p><p>　　N, 為改造前，后電動機(jī)的輸出功率，kW。</p><p>　　當(dāng)然，衡量節(jié)電指標(biāo)除此之外，尚有米噸液耗電指標(biāo)；從示功圖上算出光桿功率，再求電動機(jī)輸出功率等方法。但最直接的是測試電動機(jī)有功功率。 </p><p>　　綜上所述，由于該抽油機(jī)的均方根扭矩波動系數(shù)值有明顯下降，所以電

110、動機(jī)輸出功率將會降低，也就節(jié)約了電能。扭矩波動幅度下降，說明扭矩變化較均衡，有利于改善電動機(jī)的工況，進(jìn)而提高其功率因數(shù)和電動機(jī)的工作效率。</p><p>　　第5章 新機(jī)型的應(yīng)用分析</p><p><b>　　5.1新機(jī)型的意義</b></p><p>　　當(dāng)今世界，資源有限而匱乏，而對資源的消耗卻永無止境且與日劇增，尤其是石油資源的消耗。

111、進(jìn)入2008年以來，由于政治、資源、外交等各種因素，國際原油價格再次猛烈上揚(yáng)，一度相繼突破120、130、140美元大關(guān)，但其迅猛漲勢卻絲毫沒有降下來的趨勢。石油價格的劇烈上漲對世界各個國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和政治格局均造成不同程度的影響。由此牽連引發(fā)的物價上漲，居民消費(fèi)水平上漲，貨幣貶值，股市下跌等直接關(guān)系到很多國家的發(fā)展甚至存亡，世界對石油的需求在日益上漲，固然對石油價格的上揚(yáng)顯得非常的敏感而無奈，為了人類的可持續(xù)發(fā)展和生存，“節(jié)約”成為世

112、界上很多國家的共識和一直倡導(dǎo)的主題，尤其是對于資源消耗大國，所以，節(jié)能降耗將是抽油機(jī)設(shè)計的永遠(yuǎn)主題。</p><p>　　利用游梁式抽油機(jī)進(jìn)行機(jī)械采油，在大慶約占80%。據(jù)統(tǒng)計我國各油田在用游梁式抽油機(jī)近7萬套，裝機(jī)容量達(dá)150萬kW，每年耗電量300多億度，是油田主要耗電設(shè)備，約占總耗電的1/3。在黑龍江省耗電的最大戶就是大慶。而在大慶，機(jī)械采油是耗電量最多的。目前，對大慶油田的常規(guī)抽油機(jī)進(jìn)行改造不僅必要而且是

113、各采油廠的迫切需要。</p><p>　　目前，我國開采石油耗電指標(biāo)與國外先進(jìn)水平相比，還有很大差距，我國抽油機(jī)的運(yùn)行效率特別低，平均效率僅為25.96%，而國外平均水平為30.05%，年節(jié)能潛力可達(dá)幾十億千瓦時。在用的抽油機(jī)系統(tǒng)效率一般在20%~30%之間，因此，開展新型抽油機(jī)，替換常規(guī)機(jī)型是大勢所趨，隨著油田的不斷開發(fā)，地層能量逐漸消耗，為了保證原油的穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)，機(jī)械采油己經(jīng)成為廣泛采用的一種方法。我國有機(jī)采

114、油井5萬多口，占油井總數(shù)的80%左右，抽油機(jī)井的耗電量占總耗電量的四分之一，由于抽油機(jī)井的系統(tǒng)效率較低，大量的能量(70%以上)在傳遞過程中損失掉，如果將抽油機(jī)井的系統(tǒng)效率提高5%，年節(jié)電20×10e8千瓦時，這不僅可節(jié)約大量資金，而且，還可以緩解油田電力緊張狀況。</p><p>　　如圖5-1的對比表中可看出：</p><p>　　(1)雙輪直平式抽油機(jī)在指定工況下，裝機(jī)功率