【正文】 常規(guī)型抽油機懸點載荷結構設計畢業(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 計算部分 7 7 7 8 8 9 9（懸點）加速度計算式 10 10 10 10 11 11 11 11 12第三章 主要部件的設計計算 14 14 14 14 15 15 15 16第四章 抽油機的各結構的強度校核 19 19 20 22 25 28結論 30參考文獻 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)游梁式抽油機設計 第一章 緒論 抽油機產生和使用由來已久，迄今已有百年的歷史。應用最早，普及最廣的應屬游梁式抽油機，早在120年前就誕生了，目前，在各個產油國仍在大面積地廣泛應用。美國擁有40萬臺，前蘇聯擁有4萬臺，一百多年，游梁式抽油機的結構和原理沒有實質性的變化。結構簡單，易損件減少?？煽啃愿撸途眯院?，操作維修方便，是其百年經久不衰的根本原因。 目前，我國抽油機主要制造廠有十幾家，產品主要以游梁式抽油機為主，約占抽油機總數的98%至99%,有30多種規(guī)格，并已形成了系列，前置式抽油機，異相曲柄平衡抽油機，前置氣平衡抽油機，配有CJT型節(jié)能拖動裝置的常規(guī)型抽油機，和用窄V帶傳動的常規(guī)型抽油機等均與在各個油田推廣應用，并取得了顯著的經濟效益。常沖程、低沖次的無梁式抽油機的研制也取得了也一些進展，如勝利油田設計并并與有關廠家協作生產的鏈條式常3沖程抽油機，已有近千臺在各油田投入使用，在低沖程抽油機和抽稠油方面已初見成效。此外，桁架結構的滑輪組增拘束抽油機，滾筒式長沖程抽油機進入了實用階段；次輪增距式長沖程抽油機的研制工作也取得了新的進展。重量輕、成本低、便于調速和調整沖程的液壓抽油機，經過幾年的研制和工業(yè)性試采油也積累了一定的經驗，其它形式的新穎抽油機加代傳動游梁式抽油機，新型遙桿抽油機，大輪式游梁抽油機，留連干游梁式抽油機也正處于開發(fā)和研制過程中。 然而，游梁式抽油機的缺點是不容易實觀長沖程、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。同時長沖程、低沖次的游梁式抽油機尚待完善，（如油田正在使用的鏈條式抽油機還存在鏈條壽命短，換向沖擊載荷大河鋼絲繩易斷，導軌剛度不足容易變形等問題）而且品格還很少，不能適用于當前石油工業(yè)的發(fā)展，液壓抽油機至今還處于研制階段。 所以我國抽油機的發(fā)展方向是：(1) 改造現有常規(guī)型游梁式抽油機，加速開發(fā)新型節(jié)能抽油機；(2) 加速開發(fā)各類長沖程抽油機；(3) 繼續(xù)加緊研制液壓抽油機。 電動機通過皮帶和減數器帶動曲柄作勻速圓周運動，曲柄通過連桿帶動四連桿機構的游梁以支架上中央軸承為支點，做上下擺動，帶動游梁前端的驢頭懸點連接抽油桿柱、油泵柱塞做上下往復直線運動，實現機械采油。 當懸點（抽油桿）上沖程時，抽油桿柱帶動油泵活塞上行，油泵的游動閥（排出閥）受閥自重和油管內液柱壓力的作用而關閉，并提升柱塞上部的液體。與此同時柱塞下面的泵筒空間內里的壓力降低，當其壓力低于套管壓力時，該空間的液體將頂開油泵固定閥（吸入閥）而進入抽油泵活塞上沖程所讓開的泵筒空間；當柱塞下行時，油泵的固定閥靠自重下落而關閉，泵筒內的液體受到壓縮，在柱塞繼續(xù)下行過程中，泵內的壓力不斷增高，當泵內壓力增至超過油管內液柱壓力時，將頂開油泵的游動閥是泵筒內的液體進入油管內。由于油泵柱塞在抽油機的帶動下，連續(xù)做上下往復運動，因而油泵的固定閥和游動閥也將交替地關閉與打開，完成抽油泵的抽吸工作循環(huán)。概括地說：柱塞上行時，將柱塞之上的液體排入輸油管線，將泵外的液體吸入泵內；柱塞下行時，將柱塞之下油泵內的液體吸入柱塞之上的油管內。這樣周而復始地工作時，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備是否節(jié)能可從兩個方面表現出來，即在相同工況下，工作電耗的大小及產生液量的多少，用電動機驅動的抽油機，其輸入的電能大 部分轉化位舉生液體的機械功，其余部分則消耗于熱損失和摩擦損失。異相機與常規(guī)機相比，在相同工況下，如果忽略產液量增加的因素，他們舉升液體所做的機械功是相等的。因此，是否節(jié)能則取決于熱損失和摩擦損失的大小。對于有桿泵系統(tǒng)來說，熱損失即使電動機平衡電流的函數，同時也是電流波動量的函數。熱損失的大小可通過一個周期載荷系數CLF來反映它可用下是來表達： 11 式中：I1～In—曲柄在位置1，2，3...,n處時電動機的瞬時電流，A 。n—電流測量的次數。 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??；反之；電流值均方根之愈大；CLF愈大，熱損失也愈大 ，因為Tn就是電動機負載，Tn與I成正比例關系，所以Tn波動愈大，電流的均方根值也愈大；Tn波動愈小，電流的均方根之愈接近平均電流值。異相機的熱損失小于常規(guī)機，這說明了使用異相機時，有桿泵系統(tǒng)的地面效率比使用常規(guī)機要高。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： 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力，稱“摩擦功率”；KW 如前所述，在相同工況下，異相機和常規(guī)機相的HPh是相等的，但前者的HPf小于后者，因此，異相機的PRHP小于常規(guī)機，所以他的井下效率也較高。有桿泵系統(tǒng)中，電動機實耗動力Px可按下式計算，即： 13 式中：η—從電動機到懸點之間的地面?zhèn)鲃有剩辉谙嗤r下，異相機的PRHP和CLF均小于常規(guī)機，而且當兩種機型配用同一類型的電動機及傳動帶時，二者之間η的差別也很小，由此可見，使用異相機市教委省電的，其節(jié)電率ηe可由下式算出，即： 14 式中：RXC—常規(guī)抽油機的實耗動力，KW； RXC—異相機的實耗動力，KW； 綜合近幾年國內文獻中關于異相機大致可概括為：大偏置角異相機，ηe=20%～30%,小偏置角異相機，ηe=10%～20%。但應指出的是上述數據均為理論計算結果，在實際使用過程中，由于總宗宗因素的影響，ηe一般達不到上述指標的上限值。因此作為一個應用課題的研究，還是應以現場實驗中實測得的節(jié)電率為準。有關專家比較一致人為的是在現階段，把異相機的節(jié)電率定為ηe≈10%～15%市教委合適的，對于10型和10型以上的異相機殼去上限值ηe=15%。 《升舉法采油工藝》一書中討論了游梁式抽油機的幾何外形對泵行程的影響，指出：游梁式抽油機的幾何外形及動力學設計，對其扭矩載荷，結構載荷，抽有桿載荷以及井下泵的 排量有重大影響。模擬計算結果表明，前置抽油機與常規(guī)機相比，在相同工況下，前者的活塞有效行程增大5%,產量提高5%。異相機可增加產液量的原因有以下兩點：(1) 在上沖程即將結束時，異相機的光桿加速度明顯比常規(guī)機要大，所以他有較大的慣性超沖程。又因為異相機上沖程運行時間長，抽油桿感和活塞的運行速度比常規(guī)機要低，所以由摩擦阻力產生的沖程損失也較小，故使用異相機時，活塞的有效行程較大。(2) 因異相機上沖程運行時間較長，則固定法開啟的時間也較長；同時，上沖程中活塞的運行速度較小，股友也進入泵筒的阻力減小，壓差增大?？紤]到使用異相機是漏失量將會增大，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。經計算，只要漏失量小于50%，增加的漏失量均小于上述兩項增量之和。所以，多次現場實驗證明，使用異相機都有一定增產效果，而增產率卻因具體情況的不同而有較大的差異。 智能化節(jié)能型游梁式抽油機是今后傳統(tǒng)游梁式抽油機發(fā)展的的趨勢和方向。變矩平衡原理和智能控制相結合，造就了一個新游梁式抽油機的新時代。 游梁式抽油機發(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載荷有多大其配重就自動調到多大。這無疑是最理想的智能型抽油機。但是做到這一點受到技術和財力的限制難以實現，即使研制成功也難以推廣。因此，游梁式抽油機的智能化問題也就是通過電子裝置和機械方式使游梁式抽油機盡可能工作在平衡狀態(tài)下。 長沖程、低沖次、大排量、重負載抽油機是國內外機械采油設備的發(fā)展方向。20世紀80年代以來，各種無游梁抽油機相繼制成并投入使用，標志著我國有桿抽油機技術的發(fā)展有一個很大的提高。有關專家指出，今后我國10型以上抽油機，將大量采用無游梁抽油機在實現長沖程、大排量、重負載的同時，還具有體積小、重量輕、動負載小、沖次低、耗能少等一系列優(yōu)點。當電氣元件、材料、結構簡單的問題得以解決以后，在10型以上抽油設備中將會出現一個立體抽油機時代。 將抽油機的機型、零部件進行統(tǒng)一規(guī)范起來，特別是底座、基礎（預埋件），這將節(jié)省大量的人力、物力和財力。在節(jié)能抽油機的推廣中就可實現油井用機的互換。對實現抽油機品種的多樣化，產品系列化、標準化、通用化，使用科學化極為有利。對特殊油田區(qū)塊的特殊工況抽油機的研制，則應強調針對性強、個性突出的特點。 采油設備向藝術性發(fā)展應結合工業(yè)造型設計和人機工程學等相關知識理念，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)出現在人們面前。采油設備的造型設計，是具有實用工能的造型。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)、風格、氣氛給人溢美的感覺和藝術享受，讓人們看到它就是能接受它，愛惜它、不討厭它。起到美化生產環(huán)境，滿足人們審美要求的作用。 游梁式抽油機是油田應用最多的抽油機機型，也是油田的耗能、費用支出大項。因此以設計性能優(yōu)良、滿足油田要求、制造成本低、運動動力性能優(yōu)、節(jié)能效果好的抽油機占領市場一直是抽油機生產廠家和研究單位追求的目標，許多學者進行抽油機結構參數優(yōu)化設計研究就是為達到這一目標而展開的。從1984年開始經過近20年的研究，特別是近lO年的研究，人們對抽油機優(yōu)化設計的數學模型已經有了較清楚的認識 ，這對促進抽油機設計水平的提高具有重要意義。首先，在進行抽油機優(yōu)化設計時應該取抽油機的主參數作為優(yōu)化設計變量，即設計變量除包含抽油機的桿長等結構參數外，還應包括平衡參數等，在選取尋優(yōu)目標函數時，除考慮運動參數的優(yōu)選外，還必須進行動力參數的優(yōu)化。一般應按照“能耗要小、質量要輕、練臺性能指標要合理 的多目標函數尋優(yōu)準則進行。同時，人們的設計實踐表明：選擇不同的抽油機“模型示功圖” 作為設計抽油機的標準，所設計出的抽油機結構尺寸和平衡參數