【正文】 常規(guī)型抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文目錄第一章 緒論 1 1 1 2 2 2 4 4 5 5 5 5第二章 計(jì)算部分 7 7 7 8 8 9 9（懸點(diǎn)）加速度計(jì)算式 10 10 10 10 11 11 11 11 12第三章 主要部件的設(shè)計(jì)計(jì)算 14 14 14 14 15 15 15 16第四章 抽油機(jī)的各結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度校核 19 19 20 22 25 28結(jié)論 30參考文獻(xiàn) 31致謝 32附錄一 中文譯文 i附錄二 外文資料原文 v常規(guī)游梁式抽油機(jī)設(shè)計(jì) 第一章 緒論 抽油機(jī)產(chǎn)生和使用由來已久，迄今已有百年的歷史。應(yīng)用最早，普及最廣的應(yīng)屬游梁式抽油機(jī)，早在120年前就誕生了，目前，在各個(gè)產(chǎn)油國(guó)仍在大面積地廣泛應(yīng)用。美國(guó)擁有40萬臺(tái)，前蘇聯(lián)擁有4萬臺(tái)，一百多年，游梁式抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理沒有實(shí)質(zhì)性的變化。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易損件減少?？煽啃愿?，耐久性好，操作維修方便，是其百年經(jīng)久不衰的根本原因。 目前，我國(guó)抽油機(jī)主要制造廠有十幾家，產(chǎn)品主要以游梁式抽油機(jī)為主，約占抽油機(jī)總數(shù)的98%至99%,有30多種規(guī)格，并已形成了系列，前置式抽油機(jī)，異相曲柄平衡抽油機(jī)，前置氣平衡抽油機(jī)，配有CJT型節(jié)能拖動(dòng)裝置的常規(guī)型抽油機(jī)，和用窄V帶傳動(dòng)的常規(guī)型抽油機(jī)等均與在各個(gè)油田推廣應(yīng)用，并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。常沖程、低沖次的無梁式抽油機(jī)的研制也取得了也一些進(jìn)展，如勝利油田設(shè)計(jì)并并與有關(guān)廠家協(xié)作生產(chǎn)的鏈條式常3沖程抽油機(jī)，已有近千臺(tái)在各油田投入使用，在低沖程抽油機(jī)和抽稠油方面已初見成效。此外，桁架結(jié)構(gòu)的滑輪組增拘束抽油機(jī)，滾筒式長(zhǎng)沖程抽油機(jī)進(jìn)入了實(shí)用階段；次輪增距式長(zhǎng)沖程抽油機(jī)的研制工作也取得了新的進(jìn)展。重量輕、成本低、便于調(diào)速和調(diào)整沖程的液壓抽油機(jī)，經(jīng)過幾年的研制和工業(yè)性試采油也積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，其它形式的新穎抽油機(jī)加代傳動(dòng)游梁式抽油機(jī)，新型遙桿抽油機(jī)，大輪式游梁抽油機(jī)，留連干游梁式抽油機(jī)也正處于開發(fā)和研制過程中。 然而，游梁式抽油機(jī)的缺點(diǎn)是不容易實(shí)觀長(zhǎng)沖程、低沖次的要求，因而不能滿足稠油井，深油井和含氣井采油作業(yè)的需求。同時(shí)長(zhǎng)沖程、低沖次的游梁式抽油機(jī)尚待完善，（如油田正在使用的鏈條式抽油機(jī)還存在鏈條壽命短，換向沖擊載荷大河鋼絲繩易斷，導(dǎo)軌剛度不足容易變形等問題）而且品格還很少，不能適用于當(dāng)前石油工業(yè)的發(fā)展，液壓抽油機(jī)至今還處于研制階段。 所以我國(guó)抽油機(jī)的發(fā)展方向是：(1) 改造現(xiàn)有常規(guī)型游梁式抽油機(jī)，加速開發(fā)新型節(jié)能抽油機(jī)；(2) 加速開發(fā)各類長(zhǎng)沖程抽油機(jī)；(3) 繼續(xù)加緊研制液壓抽油機(jī)。 電動(dòng)機(jī)通過皮帶和減數(shù)器帶動(dòng)曲柄作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，曲柄通過連桿帶動(dòng)四連桿機(jī)構(gòu)的游梁以支架上中央軸承為支點(diǎn)，做上下擺動(dòng)，帶動(dòng)游梁前端的驢頭懸點(diǎn)連接抽油桿柱、油泵柱塞做上下往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械采油。 當(dāng)懸點(diǎn)（抽油桿）上沖程時(shí)，抽油桿柱帶動(dòng)油泵活塞上行，油泵的游動(dòng)閥（排出閥）受閥自重和油管內(nèi)液柱壓力的作用而關(guān)閉，并提升柱塞上部的液體。與此同時(shí)柱塞下面的泵筒空間內(nèi)里的壓力降低，當(dāng)其壓力低于套管壓力時(shí)，該空間的液體將頂開油泵固定閥（吸入閥）而進(jìn)入抽油泵活塞上沖程所讓開的泵筒空間；當(dāng)柱塞下行時(shí)，油泵的固定閥靠自重下落而關(guān)閉，泵筒內(nèi)的液體受到壓縮，在柱塞繼續(xù)下行過程中，泵內(nèi)的壓力不斷增高，當(dāng)泵內(nèi)壓力增至超過油管內(nèi)液柱壓力時(shí)，將頂開油泵的游動(dòng)閥是泵筒內(nèi)的液體進(jìn)入油管內(nèi)。由于油泵柱塞在抽油機(jī)的帶動(dòng)下，連續(xù)做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，因而油泵的固定閥和游動(dòng)閥也將交替地關(guān)閉與打開，完成抽油泵的抽吸工作循環(huán)。概括地說：柱塞上行時(shí)，將柱塞之上的液體排入輸油管線，將泵外的液體吸入泵內(nèi)；柱塞下行時(shí)，將柱塞之下油泵內(nèi)的液體吸入柱塞之上的油管內(nèi)。這樣周而復(fù)始地工作時(shí)，原油就源源不斷地被采出。圖11工作原理圖作為一種采油設(shè)備是否節(jié)能可從兩個(gè)方面表現(xiàn)出來，即在相同工況下，工作電耗的大小及產(chǎn)生液量的多少，用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的抽油機(jī)，其輸入的電能大 部分轉(zhuǎn)化位舉生液體的機(jī)械功，其余部分則消耗于熱損失和摩擦損失。異相機(jī)與常規(guī)機(jī)相比，在相同工況下，如果忽略產(chǎn)液量增加的因素，他們舉升液體所做的機(jī)械功是相等的。因此，是否節(jié)能則取決于熱損失和摩擦損失的大小。對(duì)于有桿泵系統(tǒng)來說，熱損失即使電動(dòng)機(jī)平衡電流的函數(shù)，同時(shí)也是電流波動(dòng)量的函數(shù)。熱損失的大小可通過一個(gè)周期載荷系數(shù)CLF來反映它可用下是來表達(dá)： 11 式中：I1～I(xiàn)n—曲柄在位置1，2，3...,n處時(shí)電動(dòng)機(jī)的瞬時(shí)電流，A 。n—電流測(cè)量的次數(shù)。 由式11可以看出，電流的均方根值愈大愈接近平均電流值，CLF愈小 ，熱損失也愈?。环粗?；電流值均方根之愈大；CLF愈大，熱損失也愈大 ，因?yàn)門n就是電動(dòng)機(jī)負(fù)載，Tn與I成正比例關(guān)系，所以Tn波動(dòng)愈大，電流的均方根值也愈大；Tn波動(dòng)愈小，電流的均方根之愈接近平均電流值。異相機(jī)的熱損失小于常規(guī)機(jī)，這說明了使用異相機(jī)時(shí)，有桿泵系統(tǒng)的地面效率比使用常規(guī)機(jī)要高。有桿泵系統(tǒng)的井下效率是通過光桿功率PRHP來反映的，可用下式表達(dá)： 12 式中：HPh—舉升液體所需功率，稱 “誰功率”；KW HPf—克服井下摩擦阻力等損失的動(dòng)力，稱“摩擦功率”；KW 如前所述，在相同工況下，異相機(jī)和常規(guī)機(jī)相的HPh是相等的，但前者的HPf小于后者，因此，異相機(jī)的PRHP小于常規(guī)機(jī)，所以他的井下效率也較高。有桿泵系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)實(shí)耗動(dòng)力Px可按下式計(jì)算，即： 13 式中：η—從電動(dòng)機(jī)到懸點(diǎn)之間的地面?zhèn)鲃?dòng)效率；在相同工況下，異相機(jī)的PRHP和CLF均小于常規(guī)機(jī)，而且當(dāng)兩種機(jī)型配用同一類型的電動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)帶時(shí)，二者之間η的差別也很小，由此可見，使用異相機(jī)市教委省電的，其節(jié)電率ηe可由下式算出，即： 14 式中：RXC—常規(guī)抽油機(jī)的實(shí)耗動(dòng)力，KW； RXC—異相機(jī)的實(shí)耗動(dòng)力，KW； 綜合近幾年國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)中關(guān)于異相機(jī)大致可概括為：大偏置角異相機(jī)，ηe=20%～30%,小偏置角異相機(jī)，ηe=10%～20%。但應(yīng)指出的是上述數(shù)據(jù)均為理論計(jì)算結(jié)果，在實(shí)際使用過程中，由于總宗宗因素的影響，ηe一般達(dá)不到上述指標(biāo)的上限值。因此作為一個(gè)應(yīng)用課題的研究，還是應(yīng)以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)中實(shí)測(cè)得的節(jié)電率為準(zhǔn)。有關(guān)專家比較一致人為的是在現(xiàn)階段，把異相機(jī)的節(jié)電率定為ηe≈10%～15%市教委合適的，對(duì)于10型和10型以上的異相機(jī)殼去上限值ηe=15%。 《升舉法采油工藝》一書中討論了游梁式抽油機(jī)的幾何外形對(duì)泵行程的影響，指出：游梁式抽油機(jī)的幾何外形及動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)，對(duì)其扭矩載荷，結(jié)構(gòu)載荷，抽有桿載荷以及井下泵的 排量有重大影響。模擬計(jì)算結(jié)果表明，前置抽油機(jī)與常規(guī)機(jī)相比，在相同工況下，前者的活塞有效行程增大5%,產(chǎn)量提高5%。異相機(jī)可增加產(chǎn)液量的原因有以下兩點(diǎn)：(1) 在上沖程即將結(jié)束時(shí)，異相機(jī)的光桿加速度明顯比常規(guī)機(jī)要大，所以他有較大的慣性超沖程。又因?yàn)楫愊鄼C(jī)上沖程運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，抽油桿感和活塞的運(yùn)行速度比常規(guī)機(jī)要低，所以由摩擦阻力產(chǎn)生的沖程損失也較小，故使用異相機(jī)時(shí)，活塞的有效行程較大。(2) 因異相機(jī)上沖程運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，則固定法開啟的時(shí)間也較長(zhǎng)；同時(shí)，上沖程中活塞的運(yùn)行速度較小，股友也進(jìn)入泵筒的阻力減小，壓差增大?？紤]到使用異相機(jī)是漏失量將會(huì)增大，因此，增加的排液量大于漏失量增大而減小的排液量，則表明油井增產(chǎn)。經(jīng)計(jì)算，只要漏失量小于50%，增加的漏失量均小于上述兩項(xiàng)增量之和。所以，多次現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)證明，使用異相機(jī)都有一定增產(chǎn)效果，而增產(chǎn)率卻因具體情況的不同而有較大的差異。 智能化節(jié)能型游梁式抽油機(jī)是今后傳統(tǒng)游梁式抽油機(jī)發(fā)展的的趨勢(shì)和方向。變矩平衡原理和智能控制相結(jié)合，造就了一個(gè)新游梁式抽油機(jī)的新時(shí)代。 游梁式抽油機(jī)發(fā)展的最高階段是智能化。也就是油井有多少油就抽多少油懸點(diǎn)載荷有多大其配重就自動(dòng)調(diào)到多大。這無疑是最理想的智能型抽油機(jī)。但是做到這一點(diǎn)受到技術(shù)和財(cái)力的限制難以實(shí)現(xiàn)，即使研制成功也難以推廣。因此，游梁式抽油機(jī)的智能化問題也就是通過電子裝置和機(jī)械方式使游梁式抽油機(jī)盡可能工作在平衡狀態(tài)下。 長(zhǎng)沖程、低沖次、大排量、重負(fù)載抽油機(jī)是國(guó)內(nèi)外機(jī)械采油設(shè)備的發(fā)展方向。20世紀(jì)80年代以來，各種無游梁抽油機(jī)相繼制成并投入使用，標(biāo)志著我國(guó)有桿抽油機(jī)技術(shù)的發(fā)展有一個(gè)很大的提高。有關(guān)專家指出，今后我國(guó)10型以上抽油機(jī)，將大量采用無游梁抽油機(jī)在實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)沖程、大排量、重負(fù)載的同時(shí)，還具有體積小、重量輕、動(dòng)負(fù)載小、沖次低、耗能少等一系列優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)電氣元件、材料、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的問題得以解決以后，在10型以上抽油設(shè)備中將會(huì)出現(xiàn)一個(gè)立體抽油機(jī)時(shí)代。 將抽油機(jī)的機(jī)型、零部件進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)范起來，特別是底座、基礎(chǔ)（預(yù)埋件），這將節(jié)省大量的人力、物力和財(cái)力。在節(jié)能抽油機(jī)的推廣中就可實(shí)現(xiàn)油井用機(jī)的互換。對(duì)實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)品種的多樣化，產(chǎn)品系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化，使用科學(xué)化極為有利。對(duì)特殊油田區(qū)塊的特殊工況抽油機(jī)的研制，則應(yīng)強(qiáng)調(diào)針對(duì)性強(qiáng)、個(gè)性突出的特點(diǎn)。 采油設(shè)備向藝術(shù)性發(fā)展應(yīng)結(jié)合工業(yè)造型設(shè)計(jì)和人機(jī)工程學(xué)等相關(guān)知識(shí)理念，使采油社備切底擺脫傻，大，笨，粗的形象，以新穎的造型和宜人性的新姿態(tài)出現(xiàn)在人們面前。采油設(shè)備的造型設(shè)計(jì)，是具有實(shí)用工能的造型。不僅要滿足工作的需求，提供人們使用，而且要求其樣式、形態(tài)、風(fēng)格、氣氛給人溢美的感覺和藝術(shù)享受，讓人們看到它就是能接受它，愛惜它、不討厭它。起到美化生產(chǎn)環(huán)境，滿足人們審美要求的作用。 游梁式抽油機(jī)是油田應(yīng)用最多的抽油機(jī)機(jī)型，也是油田的耗能、費(fèi)用支出大項(xiàng)。因此以設(shè)計(jì)性能優(yōu)良、滿足油田要求、制造成本低、運(yùn)動(dòng)動(dòng)力性能優(yōu)、節(jié)能效果好的抽油機(jī)占領(lǐng)市場(chǎng)一直是抽油機(jī)生產(chǎn)廠家和研究單位追求的目標(biāo)，許多學(xué)者進(jìn)行抽油機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究就是為達(dá)到這一目標(biāo)而展開的。從1984年開始經(jīng)過近20年的研究，特別是近lO年的研究，人們對(duì)抽油機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型已經(jīng)有了較清楚的認(rèn)識(shí) ，這對(duì)促進(jìn)抽油機(jī)設(shè)計(jì)水平的提高具有重要意義。首先，在進(jìn)行抽油機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該取抽油機(jī)的主參數(shù)作為優(yōu)化設(shè)計(jì)變量，即設(shè)計(jì)變量除包含抽油機(jī)的桿長(zhǎng)等結(jié)構(gòu)參數(shù)外，還應(yīng)包括平衡參數(shù)等，在選取尋優(yōu)目標(biāo)函數(shù)時(shí)，除考慮運(yùn)動(dòng)參數(shù)的優(yōu)選外，還必須進(jìn)行動(dòng)力參數(shù)的優(yōu)化。一般應(yīng)按照“能耗要小、質(zhì)量要輕、練臺(tái)性能指標(biāo)要合理 的多目標(biāo)函數(shù)尋優(yōu)準(zhǔn)則進(jìn)行。同時(shí)，人們的設(shè)計(jì)實(shí)踐表明：選擇不同的抽油機(jī)“模型示功圖” 作為設(shè)計(jì)抽油機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)，所設(shè)計(jì)出的抽油機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸和平衡參數(shù)