【正文】 日 學位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關部門或機構(gòu)送交論文的復印件和電子版 ，允許論文被查閱和借閱。其中應用最早、普及最廣的是游梁式抽油機，早在130 年前就誕生了。越來越多的新型抽油機相繼研制成功，對油田的發(fā)展做出了貢獻。隨著生產(chǎn)的需要，將來還會有更大載荷的抽油機出現(xiàn)。 （ 5）朝著自動化和智能化方向發(fā)展 20 世紀 90 年代以來，以華北石油第一機械廠和新疆第 三機床廠為代表的抽油機生產(chǎn)廠家，率先應用游梁變矩平衡原理，在傳統(tǒng)的常規(guī)游梁式抽油機基礎上進行了大膽的創(chuàng)新，研制成功了新一帶的節(jié)能高效游梁式抽油機。隨著油田的開發(fā)，抽油機的投入量日益增加，提高抽油機的效率，降低抽油機的能耗問題顯得越來越突出，于是各式各樣的新型抽油機便應運而生。 另外，高轉(zhuǎn)差電機等節(jié)能電機在提高系統(tǒng)效率和節(jié)能方面有較大效果，但是造價較高，難以代替普通異步機。 本課題研究的主要內(nèi)容 通過對游梁式抽油機的機構(gòu)進行分析，以 10 型抽油機為模型，確定各個變量，選出目標函數(shù)并對其它變量進行約束，最終達到各個目標參數(shù)的優(yōu)化，使抽油機的效率達到最佳狀態(tài)。該負載又是周期負載，上升、下降行程負載性質(zhì)亦不同，下降時尚帶有位勢負載性質(zhì)。在 下沖過程時，抽油機桿柱轉(zhuǎn)動對電動機做功，使電動機處于類似發(fā)電機的運行狀態(tài)。 為了抬高平衡配重，除了依靠抽油桿柱下落所釋放的位能外，還要電動機付出部分能量。 現(xiàn)有游梁式抽油機存在的主要問題 常規(guī)游梁式抽油機自誕生以來，經(jīng)歷了各種工況和各種地域油田生產(chǎn)的考驗，經(jīng)久不衰，目前仍在國、內(nèi)外普遍使用，其原因是常規(guī)游梁式抽油機具有結(jié)構(gòu)簡單、耐用、操作簡便、維護費用低等明顯優(yōu)勢，故而一直 占據(jù)著有桿泵采油地面設備的主導地位。但隨著節(jié)能降耗的要求，對在役游梁機進行改造、挖掘設備潛力，已經(jīng)引起各方面的高度重視。波動系數(shù)變大，致使均方根扭矩值變大，電機輸出功率變大； 6 （ 3）由于工作制度為對稱循環(huán)，極位夾角一般在 0176。從采油工藝角度來看，增大沖程減少沖次可以增加泵效，當沖程損失一定時，增大沖程長度意味著相對沖程損失的減小，有利于提高泵的充滿度和排量系數(shù)，從而提高泵效，同時可降泵的磨損以及抽油桿和油管的疲勞次數(shù)，改善了工作條件，提高了使用壽命。它能綜合處理并最大限度的滿足 從各個不同角度提出的甚至互相矛盾的技術(shù)要求。因此設計性能優(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廠家、抽油機研究單位追求的目標，進行抽油機結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu) 化設計研究就是為了達到這一目的而開展的 。由于游梁式抽油機工作環(huán)境復雜，在生產(chǎn)過程中，受到制造質(zhì)量、安裝質(zhì)量，以及砂、蠟、水、氣、稠油和腐蝕等多種因素的影響，所以，實測懸點載荷同懸點位移之間的關系曲線圖的形狀很不規(guī)則。加載過程中，游動閥和固定閥均處于關閉狀態(tài)， B 點為加載結(jié)束，因此λ =39。DD，此時活塞與泵筒開始發(fā)生相對位移，游動閥被頂開，泵開始排液，故 DA 為排出過程 A W PS /B B C D SP S /D S ? 8 圖 23 靜載荷和慣性載荷模型示功圖 考慮到慣性載荷的理論示功圖是將慣性載荷疊加在靜載荷上，結(jié)果因慣性載荷的影響使靜載荷理論示功圖被扭曲一個角度，并且變?yōu)椴灰?guī)則四邊形，如圖 23 所示，為靜載荷和慣性載荷模型示功圖。目前，可以通過下列方法求的抽油機懸點運動規(guī)律的精確解，其計算方法如下： 9 圖 24 游梁式抽油機結(jié)構(gòu)簡圖 游梁式抽油機結(jié)構(gòu)參數(shù)如圖 24 所示。 當 ?0?? 時 ， 11 ??? 2 02m a x s i n )s i n( ???? blaK ra A （ 213） 式中， 222222222 4 ])([4s in lb rKlblb ?????? ， )(2 )(a r c c o sa r c s in222rKb lrKbKI ? ?????? ?? 當 ?180?? 時， ??? 2 02m a x s in )s in( ??? blaK ra A （ 214） 式中， 222222222 4 ])([4s i n lb rklblb ?????? ， )(2 )(a r c c o sa r c s i n222rKb lrKbKI ? ?????? ?? 減小最大懸點加速度 maxAa ，可以增加抽油泵柱塞向上運動的平穩(wěn)性，使上行程時的抽油桿柱， 柱塞及液柱的平均運動速度降低，這有助于井液的吸入，增加抽油泵的充滿系數(shù)和提高泵效。而在抽油機標定的額定載荷下，可以通過增加抽油泵的泵掛深度，或者通過加大抽油泵的泵徑達到“小泵深抽”或“大泵排液”的效果。在油田推廣使用這種節(jié)能降耗的采油設備無疑具有十分巨大的經(jīng)濟利益。因此抽油機主體參數(shù)設計，應當盡量減小減速器峰值扭矩 maxM 和其最大負扭矩絕對值 maxM? 。這里選用減速器有效輸出扭矩 eM 為。 10 型抽油 機優(yōu)化設計數(shù)學模型 所謂數(shù)學模型就是要求選擇一組參數(shù)，使其在滿足限制條件 下某個預定追求的指標最好。在設計空間中 每一組設計變量的具體值就是一個點，代表一個設計方案。在優(yōu)化設計中，這個用于評價設計變量取值好壞的函數(shù)，稱為目標函數(shù)。即通過約束條件對峰值扭矩 maxM 和最大扭矩絕對 值 maxM? 進行限制。 in43 抽油桿柱直徑為 的每米質(zhì)量為 mkgq /? ，則in8/7 的桿柱直徑為 的每米質(zhì)量為 : mkgq /??? 。得 ）（）（）（）（NLWW4 1 6 6 97 8 5 09 3 %601 7 0 07 8 5 09 3 %401 7 0 01s1rrf?????????????? ?? (217) 忽略 沉沒度 ，則 HL? 。 要是抽油機在平衡條件下運轉(zhuǎn)，就應使電動機在上、下沖程中都做正功且做功相等。 抽油機的平衡計算，就是在一定抽 汲參數(shù)條件下，計算為使抽油機工作在平衡狀態(tài)下所需要的平衡物的重量或確定一定平衡重量物的位置。分別在曲柄連桿系統(tǒng)和游梁系統(tǒng)中，去力矩平衡得 ?? r s inr s inWr /c PT FF ?? (228) ?? c c o sb s inaacg b2ba WFWW PA ??? （ 229） c a6 0 8 5 1r cccb/c ??? RWRWW （ 230） 式中， Aa 為懸點運動加速度， 2s/m ； PT FF, 為分別作用在曲柄銷處的切線力和連桿的拉力 ， N 。 ? ?? ? ? ?? ? ? ???????? ????????? ?? LCPCLLR 2c o s(s i ns i n2 22211 ） ? ?? ? ? ?? ?PCKRRKPC 2c o s2c o s 22221 ??? ?????? ? ? ?KI1sin ??? , 22 HIK ?? 18 ? ?? ? 2122 c o s2 ?? ???? KRRKL ? 為曲柄與垂線的夾角。約束 條件的作用有兩個方面：第一，保證傳動機構(gòu)有存在的意義，如滿足沖程長度的要求和使曲柄存在的條件；第二，保證抽油機的動力性能在合適的范圍內(nèi)，如控制減速器輸出軸最大凈扭矩、平衡率、交變載荷系數(shù)等。 R為最 短桿。控制極位夾角 /? 可以控制上下沖程 的運動時間。即 ???? （ 4）游梁擺角限制： ?? 5740 ??? ? 。即 ? ? MNxf .53000m a x ? 21 第 3章 用 MATLAB 對模型進行求解 MATLAB 簡介 MATLAB(Matrix Laboratory )為美國 Mathworks 公司 1983 年首次推出的一套高性能的數(shù)值分析和計算軟件，其功能不斷擴充，版本不斷升級， 1992 年推出劃時代的 版， 1993 年推出了可以配合 Microsoft Windous 使用的微機版， 95 年 版， 97 年 版， 99 年 版， 版無論是界面還是內(nèi)容都有長足的進展，其幫助信息采用超文本格式和 PDF 格式，可以方便的瀏覽。在歐美等國家的高校， MATLAB 已成為線性代數(shù)、自動控制理論、數(shù)理統(tǒng)計、數(shù)字信號處理、時間序列分析、動態(tài)系統(tǒng)仿真等高級課程的基本教學工具。 優(yōu)化設計的程序 22 23 優(yōu)化結(jié)果分析 由于采用了好的數(shù)學模型，使抽油機的運動指標、耗能指標、能耗指標和動力指標互相兼顧，達到了很好效果。 ，減速器峰值扭矩（ mNM .49044m a x ? ），最大負扭矩 ? ?? ?mNmNM .7 8 6 a x ?? 同樣低于其它方案。導師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，淵博的知識和高度的責任心使我受益終生。 特在此表示感謝！ 28 學位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的學位 論文，是本人在導師的指導下進行的研究工作所取得的成果。 學位論文作者（本人簽名）： 年 月 日 學位論文出版授權(quán)書 本 人及導師完全同意《中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫出版章程》、《中國優(yōu)秀 碩士學位論文全文數(shù)據(jù) 庫出版章程》 (以下簡稱“章程” )，愿意將本人的學位論文提交“中國學術(shù)期刊（光盤版）電子雜志社”在《中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫》、《中國優(yōu)秀碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫》中全文發(fā)表和以電子、網(wǎng)絡形式公開出版，并同意編入 CNKI《中國知識資源總庫》，在《中國博碩士學位論文評價數(shù)據(jù)庫》中使用和在互聯(lián)網(wǎng)上傳播，同意按“章程”規(guī)定享受相關權(quán)益。 本聲明的法律后果由本人承擔。 首先非常感謝學校開設這個課題，為本人日后從事計算機方面的工作提供了經(jīng)驗，奠定了基礎。這期間凝聚了很多人的心血，在此我表示由衷的感謝。從他身上，我學到了許多能受益終生的東西。 最后，我要感謝我的父母對我的關系和理解，如果沒有他們在我的學習生涯中的無私奉獻和默默支持，我將無法順利完成今天的學業(yè)。感謝老師四年來對我孜孜不倦的教誨，對我成長的關心和愛護。 最后，我要特別感謝我的導師趙達睿老師、和研究生助教熊偉麗老 33 師。在論文的撰寫過程中老師們給予我很大的幫助，幫助解決了不少的難點，使得論文能夠及時完成，這里一并表示真誠的感謝。老師們認真負責的工作態(tài)度，嚴謹?shù)闹螌W精神和深厚的理論水平都使我收益匪淺。四年的 風風雨雨，我們一同走過，充滿著關愛，給我留下了值得珍藏的最美好的記憶。從這里走出，對我的人生來說，將是踏上一個新的征程，要把所學的知識應用到實際工作中去。 其次，我要感謝大學四年中所有的任課老師和輔導員在學習期間對我的嚴格要求，感謝他們對我學習上和生活上的幫助，使我了解了許多專業(yè)知識和為人的道理，能夠在今后的生活道路上有繼續(xù)奮斗的力量。 首先，我要特別感謝我的知道郭謙功 老師對我的悉心指導，在我的論文書寫及設計過程中給了我大量的幫助和指導，為我理清了設計思路和操作方法，并對我所做的課題提出了有效的改進方案。本次畢業(yè)設計是對我大學四年學習下來最好的檢驗。 本人愿意按照學校要求提交學位論文的印刷本和電子版，同意學校保存學位論文的印刷本和電子版，或采用影印、數(shù)字化或其它復制手段保存設計（論文）；同意學校在不以營利為目的的前提下，建立目錄檢索與閱覽服務系統(tǒng)，公布設計（論文）的部分或全部內(nèi)容，允許他人依法合理使用。盡我所知，