【正文】 A 11 12 13 14 高硫化氫 +二氧化碳 高硫化氫 +二氧化碳+磨損 低硫化氫 +二氧化碳 低硫化氫 +二氧化碳+磨損 X X X X B B B B C C C C X X X X C C C C C C C C B X B X B B B B B X B X B B B B AX AX A A A A 15 16 17 18 高鹽水 高鹽水 +磨損 低鹽水 低鹽水 +磨損 C C B B A A A A B B A A B B A A B B A A B B A A C X B X C C B X A X A X A A A A A X A X A A A A 19 氧 B A C B B B A A A A A A 注： A— 最佳應(yīng)用 ； B— 廣泛應(yīng)用； C— 可以應(yīng)用； X— 不推薦應(yīng)用。 因此選擇壁厚 8mm。 泵筒危險(xiǎn)斷 面是在兩端螺紋處。因泵筒組自重占軸向載荷的比例不大，可忽略不計(jì)；為安全起見，井液浮力不予考慮。n L D S h n L D S h P bC C C C C C C C C? ? ??? （ 336） =637 = nbnsbT ?? ???? ??? )( （ 337） =637()/() = Map 平均應(yīng)力 Tm ?? ??? ,可見，泵筒工作在古德曼圖Ⅱ區(qū) 。 （ 1） 磨蝕速度 把單位時(shí)間內(nèi)磨蝕量的總和稱為磨蝕速度，它與泵筒柱塞材料、表面強(qiáng)化工藝和井況 有關(guān)，可以測(cè)定或憑經(jīng)驗(yàn)確定，一般情況下平均磨損速度 1fV 小于 ／ 1000h。 . 對(duì)柱塞的性能要求 （ 1）柱塞的材料，強(qiáng)化工藝應(yīng)與泵筒構(gòu)成理想的匹配； ○1 避免因電化學(xué)作用而加速腐蝕、磨損和黏住，像鍍鉻泵筒不可配用鍍柱塞等。 選用泵筒材料 45 鋼 金屬噴焊 。允許最大應(yīng)力振程 M P abmnJK 0 1)6 3 ( 5 42)1(2??????? ???? （ 353） 實(shí)際應(yīng)力振程 M P ar inm a x ??? ??? （ 354） JKr ?? ? ,此疲勞強(qiáng)度足夠，其安全系數(shù)為 ??? rJKn ?? （ 355） 、 泵閥 的設(shè)計(jì)與計(jì)算 泵閥由閥球與閥座組成，是抽油泵重要組件和易損件。 表 39 柱塞噴（鍍）層厚度及硬度 項(xiàng)目 表面處理方法 噴（鍍）層厚度（ ㎜ ） 表面硬度 （ HRC） 心部硬度 （ HB） 金屬噴焊 ≥ 58～ 66 207～ 240 鍍鉻 ≥ ≥62 . 柱塞強(qiáng)度計(jì)算 （ 1）危險(xiǎn)斷面 柱塞分公螺紋和母螺紋兩種。 圖 34 柱塞 . 柱塞的材料 柱塞的材料主要有碳素鋼、合金鋼、不銹鋼和有色金屬等，常用的是碳素鋼。 設(shè)抽油泵經(jīng)過一個(gè)檢泵周期的使用，其磨蝕量為 1δ ，則允許檢泵次數(shù)為 1max 11hδ δδ δn ?? ? (343） 式中 ： 1maxδ — 泵筒磨蝕極限， mm； 1δ — 每一檢泵周期泵筒磨蝕量， mm； δh — 每次修珩泵筒的珩量， mm； n — 允許檢泵次數(shù)，應(yīng)取比計(jì)算結(jié)果略小的整數(shù) 。因此泵最大下泵深度為 2727m。 取 45 鋼， S? =353 Map； b? = 637 Map nS /][ ?? ? =353/=294 Map （ 6） 強(qiáng)度條件 采用第四強(qiáng)度理 論可較好地解決塑性材料三向應(yīng)力強(qiáng)度問題，根據(jù)第四強(qiáng)度理論其當(dāng)量應(yīng)力為 )( 1332212322214 ?????????? ??????d （ 324） 各種泵型的當(dāng)量應(yīng)力計(jì)算見表 35 強(qiáng)度條件為 4][ d??? （ 325） 由以上計(jì)算得 ][ 4 ??? d?? 即強(qiáng)度條件符合。 計(jì)算得 d0=2=46mm； 內(nèi)外螺紋危險(xiǎn)斷面處，承載面積的計(jì)算如 下 : 外螺紋泵筒 D1=D。 （ 2） 危險(xiǎn)工況、危險(xiǎn)部位和危險(xiǎn)斷面 各種類型抽油泵在上下行程中受力情況和危險(xiǎn)部位不同。 （ 3） 內(nèi)孔表面粗糙度不大于 。 泵筒摩擦表面強(qiáng)化工藝主要有碳氮共滲（或滲碳），氮化和鍍鉻等。為了更好的發(fā)揮材料的使用性能，還應(yīng)該與 采 用的工藝結(jié)合起來，以達(dá)到較好的經(jīng)濟(jì)效益。如果實(shí)際應(yīng)力振程 r? ＜ JK? ,此零件疲勞強(qiáng)度足夠，其安全系數(shù)為 rJKn ?? /? （ 39） 古德曼圖解析法 用圖解法求解比較麻煩，也不便微機(jī)處理，故推薦使用解析法。 （ 3） 工 件表面系數(shù)： 工件表面粗糙度對(duì)耐久極限有較大的影響，而且材料強(qiáng)度極限越大，影響越明顯。 實(shí)際使用的零件與試樣有差異，工況與試驗(yàn)條件也不盡相同，應(yīng)將耐久極限根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，使之能適應(yīng)實(shí)際情況，調(diào)整后的數(shù)據(jù)稱為實(shí)際耐久極限。一張完 整 的古德曼圖是凸八邊形 A、 B、 C?? H構(gòu)成的封閉圖形。 根據(jù) 抽油泵及其組件規(guī)范 ，泵筒長(zhǎng)度取 ，加長(zhǎng)短節(jié)長(zhǎng)度 。 表 31 泵徑與抽油桿規(guī)格的匹配 尺寸符號(hào) 15125 25150 25175 25225 30275 30325 30375 泵徑 抽油桿 規(guī)格 CYG 13（ 1/2） CYG 16 (5/8) CYG 19 (3/4) CYG 19 (3/4) CYG 22 (7/8) CYG 22 (7/8) CYG 25 (1) 根據(jù)任務(wù)書，抽油桿直徑為 19 ㎜ 。 下部皮碗密封裝置，密封短節(jié)設(shè)計(jì)了一個(gè)變徑結(jié)構(gòu)，皮碗下放到變徑部分，遇到凸臺(tái)，受摩擦產(chǎn)生擠壓變形，實(shí)現(xiàn)密封，防止原油在進(jìn)入泵筒時(shí)進(jìn)入泵筒和外管之間的間隙內(nèi)。泵支承裝置由上接頭下接頭 5 和密封座 8 組成。該頂部固定底部密封桿式泵由 泵筒總成、柱塞總成、固定閥總成、 閥桿總成、泵固定裝置、泵密封裝置和泵支承裝置組成。 本文研究?jī)?nèi)容 該頂部固定底部密封桿式抽油泵是根據(jù)生產(chǎn)需要以功能設(shè)計(jì)為原則 ， 在原抽油泵結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造而進(jìn)行的，其中的主要內(nèi)容如下： （ 1） 桿式抽油泵的工作原理和方法說明：首先查找有關(guān)頂部固定和底部密封桿式抽油泵的資料，然后結(jié)合我國(guó)油田的實(shí)際情況對(duì)普通桿式抽油泵的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析，最后 提出自己的桿式抽油泵，并分析它的固定密封原理。 國(guó)內(nèi)外發(fā)展水平分析及建議 從國(guó)內(nèi)外抽油泵研究方面的情況來看，我國(guó)的研究水平與國(guó)外基本相當(dāng)，都研制出了多種適應(yīng)不同使用場(chǎng)合的抽油泵產(chǎn)品。有桿射流增壓抽油泵的泵效比普通泵提高 15%左右。 目前隨著國(guó)內(nèi)油井井況日益惡劣，如含砂量大、高 氣油比、腐蝕嚴(yán)重、油井供液不足等，國(guó)內(nèi)外石油裝備企業(yè)不斷生產(chǎn)出針對(duì)特殊井況要求的各類特種抽油泵。美國(guó)也先后研制成功了可提高桿式抽油泵運(yùn)行壽命的新型自動(dòng)旋轉(zhuǎn)柱塞、雙作用泵送系統(tǒng)、油井抽油泵柱塞制造新方法、用于桿式泵的新型陶瓷球等。其特點(diǎn)是采用軟密封與剛性密封相結(jié)合 , 有一個(gè)貯潤(rùn)滑液的封閉環(huán)腔 , 以潤(rùn)滑柱塞與泵筒 的接觸面 , 用以防磨粒和砂卡。現(xiàn)按稠油、防砂、西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 防氣等方面分別介紹兩種新結(jié)構(gòu)泵。 為適應(yīng)油井條件的需要，除了標(biāo)準(zhǔn)抽油泵以外，出現(xiàn)了許多特殊類型的抽油泵。 隨著國(guó)內(nèi)大部分油田已經(jīng)進(jìn)入開發(fā)中后期，管式泵的諸多優(yōu)點(diǎn)逐漸變得不再明顯，而桿式泵在檢泵作業(yè)中不需取出油管、成本低、作業(yè)時(shí)間短等優(yōu)越性則日益突出 。 適用于含砂井 、 含氣井 、 深井 、 長(zhǎng)沖程井 、 低產(chǎn)井和低液井 。 設(shè)計(jì)中采用將支撐固定與密封分置的結(jié)構(gòu) , 頂部采用密封銅環(huán)、密封座、心軸、機(jī)械鎖爪等構(gòu)成的機(jī)械鎖緊機(jī)構(gòu)，彈性機(jī)械鎖爪錨定在密封座上，并以密封銅環(huán)支撐 。 對(duì)錨定件的結(jié)構(gòu)及機(jī)械性能的研究尚未形成成熟技術(shù) 。 全世界約有 75%的油井是用有桿泵開采的，有桿泵是有桿排油裝置的最關(guān)鍵部分。為了提高閥組件的抗腐蝕性，用高碳鉻不銹鋼和鑄鈷等材料代替一般的不銹鋼。 2） 防砂抽油泵 , 除在油層防砂 , 下高效砂錨以外 , 從泵結(jié)構(gòu)上看有 : （ 1） 帶除砂裝置的泵。 環(huán)形閥位于柱塞上方 , 下沖程時(shí)它處于關(guān)閉狀態(tài) , 承受油管液柱壓力 , 使氣體通過游動(dòng)閥進(jìn)入柱塞上部 , 在上沖程時(shí) , 環(huán)行閥上行并打開 , 氣體逸出 , 從而避免氣鎖。到八十年代 , 為了原油穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn) ,各油田增加機(jī)械采油井 , 抽油泵的需用量猛增 , 因此 , 兵器部、機(jī)械部、石油部各油田機(jī)修廠均爭(zhēng)先造泵 , 出現(xiàn)了 一個(gè)新局面 , 目前做到供需基本平衡 , 供稍大于需。 2） 機(jī)械強(qiáng)制閥式抽油泵 機(jī)械強(qiáng)制閥式抽油泵依靠機(jī)械力的作用，迫使游動(dòng)閥開啟，在抽吸稠油時(shí)解決了閥球滯后啟閉的問題，以及熱采轉(zhuǎn)抽的蒸汽鎖和一般氣鎖問題，提高了抽油泵的容積效率，適用于稠油井。整泵具有壽命長(zhǎng)、工具配套、采液量大、作業(yè)方便等優(yōu)點(diǎn)，使用于產(chǎn)液量大的油井。 （ 2） 大力發(fā)展整筒抽 油泵，同時(shí)要優(yōu)化整筒泵的表面處理工藝，在提高泵效的同時(shí)，提高抽油泵的壽命。 （ 3） 泵兩端均被固定 ，有效避免了支撐卡爪折斷及密封面磨損，使用壽命長(zhǎng)，可靠性好。閥桿總成包括閥桿異徑接頭 1 和閥桿 2。 同時(shí)密封銅環(huán)恰好落座于密封座的接觸錐面上，泵即被錨定，完成坐卡。 桿式泵是插入式泵，油管內(nèi)徑必須大于桿式泵最大外徑，反應(yīng)為油管尺寸代號(hào)比泵徑尺寸代號(hào)前兩位數(shù)值要大，如 20125RHA 中 2012。但為減少生產(chǎn)廠制備柱塞的規(guī)格，優(yōu)先采用柱塞密封段長(zhǎng)度為 1200 ㎜ 。 、 古 德曼圖 石油機(jī)械疲勞強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，經(jīng)常利用古德曼圖，它是一張極限應(yīng)力圖。耐久極限是通過 表 面光滑 、 直徑 5～ 7mm 圓柱形試件，在轉(zhuǎn)桿壽命試驗(yàn)機(jī)上試驗(yàn)獲得的。對(duì)于石油機(jī)械推薦 20 0 0 0 0 4 3 ddC D ??? (32) 式中： DC — 直徑系數(shù)； d — 工件計(jì)算直徑， ㎜ 。 表 33 螺紋應(yīng)力集中系數(shù) 材料 滾制螺紋 切制螺紋 退火鋼 （ ＜ HB200） 淬火冷拔鋼（ ＞ HB200） 有應(yīng)力集中存在時(shí)，可以看作應(yīng)力相應(yīng)增加了 CK 倍，仍可應(yīng)用古德曼圖，此時(shí)計(jì)算應(yīng)力比實(shí)際應(yīng)力增加 CK 倍。泵筒是加工難度最大的零件，價(jià)值約占整筒泵總價(jià)的 60%左右。制造組合缸套一般用普通無縫鋼管。 . 泵筒的技術(shù)條件 有桿泵已有數(shù)十年使用經(jīng)驗(yàn)比較成熟，故泵筒技術(shù)條件已標(biāo)準(zhǔn)化 （ 1） 內(nèi)徑制造偏差為 D0+。 ○2 按泵筒兩端螺紋結(jié)構(gòu)可分為外螺紋和內(nèi)螺紋兩種，由于內(nèi)螺紋強(qiáng)度較好，故薄壁筒常用內(nèi)螺紋。推薦螺紋處計(jì)算直徑為 tdd ?? （ 312） 式中 ： 0d 螺紋處計(jì)算直徑 ,mm。故附加載荷及應(yīng)力為 西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 fc QWQ ?? （ 317） FQcc /?? 式中 ： cQ 附加軸向載荷， N； W 尾管重量， ㎏ ， 對(duì)于桿式泵而言，不承受尾管重量， W =0； fQ 柱塞與泵筒之摩擦力， N， 井液粘度不大，摩擦力可忽略不計(jì)，故設(shè)計(jì)時(shí)按 fQ =0 考慮 。 c) 疲勞強(qiáng)度條件 rJK ?? ? （ 338） M P abmnJK 7 4)6 3 ( 5 42)1(2?????? ???? （ 339） ≥145 所以疲勞強(qiáng)度