【正文】 收益匪淺。從這里走出，對(duì)我的人生來(lái)說(shuō)，將是踏上一個(gè)新的征程，要把所學(xué)的知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際工作中去。 首先，我要特別感謝我的知道郭謙功 老師對(duì)我的悉心指導(dǎo)，在我的論文書(shū)寫(xiě)及設(shè)計(jì)過(guò)程中給了我大量的幫助和指導(dǎo)，為我理清了設(shè)計(jì)思路和操作方法，并對(duì)我所做的課題提出了有效的改進(jìn)方案。 本人愿意按照學(xué)校要求提交學(xué)位論文的印刷本和電子版，同意學(xué)校保存學(xué)位論文的印刷本和電子版，或采用影印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存設(shè)計(jì)（論文）；同意學(xué)校在不以營(yíng)利為目的的前提下，建立目錄檢索與閱覽服務(wù)系統(tǒng)，公布設(shè)計(jì)（論文）的部分或全部?jī)?nèi)容，允許他人依法合理使用。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式注明并表示感謝。結(jié)果表明，采用本文方法，可以優(yōu)化運(yùn)動(dòng)指標(biāo)、能耗指標(biāo)、動(dòng)力指標(biāo)，并且節(jié)約材料，提高機(jī)械使用壽命。在設(shè)計(jì)研究單位和工業(yè)開(kāi)發(fā)部門(mén)， MATLAB 被廣泛的應(yīng)用于研究和解決各種具體問(wèn)題。因?yàn)?22 HIK ?? ，所以 ??? HIK （ 5） 初始角控制： ?? 150 0??? 因?yàn)? 20 ? ?? ?KRP CKRPIH ? ?????? 2a r c c osa r c t a n2 2220 ?? 所以 ? ?? ? ?152a r c c osa r c t a n20 222 ?? ?????? KRP CKRPIH? （ 6） 最大負(fù)扭矩絕對(duì)值限制： %15m axm ax ??MM ,即 ? ?? ? %15m axm ax ?? xf xf 。 （ 2） 極位夾角控制： ?? 149 /??? 。 19 KIKR PCCPKR ar c s i n2 co s2ar c co s 2222 ?????? ??為曲柄與垂線的夾角。懸點(diǎn)在上、下沖程中所做的功分別為： s1ru ）（ WWE ?? （ 222） srd WE ? （ 223） 將上面的結(jié)果代入（ 221）中 得： s)2( 1f WWEW ?? （ 224） 對(duì)曲柄平衡：如圖所示，對(duì)于曲柄平衡，器重物在下沖程中所儲(chǔ)蓄的能量為 ： ubcccb 222 RXWRRWE W ??? （ 225） 式中， cW ， cbW 為曲柄自重和曲柄平衡塊重； ubX 為抽 油機(jī)本身的不平衡值； R ， cR ,r 為分別為曲柄平衡半徑、曲柄重心半徑、曲柄半徑。 4) 抽油機(jī)的平衡計(jì)算 當(dāng)抽油機(jī)沒(méi)有平衡裝置時(shí)，由于上、下沖程中懸點(diǎn)載荷不均衡，滿足上沖程負(fù)載要求的電動(dòng)機(jī)在下沖程中將做負(fù)功，從而出現(xiàn)抽油機(jī)不平衡現(xiàn)象。假定 10 型抽油機(jī)的原始設(shè)計(jì)參數(shù)為 56? 抽油泵，下泵深度 1700m，抽油桿長(zhǎng) 和 各占 40%和 60%，沖程長(zhǎng)度。對(duì)于游梁式抽油機(jī)主體參數(shù)一次優(yōu)化完全確定，包括前臂長(zhǎng) A 、后臂長(zhǎng) C 、連桿長(zhǎng) P 、曲柄旋轉(zhuǎn)半徑 R 、基桿水平投影長(zhǎng)度 I 、基桿垂直投影長(zhǎng)度 H 、最大平衡扭矩 M 、曲柄平衡重偏置角 ? 。 （ 2） eM 系減速器輸出瞬時(shí)凈扭矩的均方根值，一般說(shuō)來(lái)，追求eM 極小化，使作用于曲柄軸的凈扭矩變化比較均勻，峰值扭矩 maxM 和最大負(fù)扭矩?fù)?jù)絕對(duì)值 maxM? 能在一定程度上獲得控制。減速器峰值扭矩 maxM 太大，使齒輪載荷增加。在相同的靜載荷作用下，降低慣性載荷，就意味著降低懸點(diǎn)載荷。 游梁式抽油機(jī)主體參數(shù)設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮到這種極其復(fù)雜的載荷特點(diǎn)，使抽油機(jī)的運(yùn)動(dòng)指標(biāo)，能耗指標(biāo)及動(dòng)力指標(biāo)均獲得最優(yōu)解，或者三者互相兼顧，以達(dá)到最佳狀態(tài)。 圖 22 抽油機(jī)靜載荷理論示功圖 靜載荷作用的理論示功圖為一平行四邊形，如圖 22 所示。優(yōu)化方法與機(jī)械工程技術(shù)相結(jié)合形成了機(jī)械設(shè)計(jì)這一學(xué)科，它在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)程中，能從多方面幫助設(shè)計(jì)者進(jìn)行技術(shù)決策，以尋求最佳方案，從而能極大的提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短設(shè)計(jì)周期，提高經(jīng)濟(jì)效率。左右，上下沖程平均速度一樣，因而泵的充滿度、泵效較低； （ 4）常規(guī)機(jī)的最小傳動(dòng) 角較小，如 CYJ10353HB 抽油機(jī)最小傳動(dòng)角為 30176。 目前，國(guó)內(nèi)約有抽油機(jī) 8 410 臺(tái)，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)抽油機(jī)井系統(tǒng)效率為 20%左右，如果每口抽油機(jī)井實(shí)用功率為 10 千瓦，每天耗電 610 度，一年耗電約 7 910 度，相當(dāng)于油田開(kāi)發(fā)總用電量的1/4，若將系統(tǒng)效率提高到 30%，則年節(jié)電 910 度，這不僅可以節(jié)約大量能源，還可以緩解油田用電緊張的情況，特別是我國(guó)目前正在向節(jié)約型社會(huì)發(fā)展，因此進(jìn)行現(xiàn)有游梁式抽油機(jī)節(jié)能的研究既有經(jīng)濟(jì)效益又有社會(huì)效益。為了消除這些缺點(diǎn)，一般在抽油機(jī)的游梁尾部或曲柄上或兩處都加上平衡配重。因此，推廣本課題的研究成果可為油田帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益 4 第 2章 游梁式抽油機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì) 游梁式抽油機(jī)的工作原理 它的工作原理是由交流電動(dòng)機(jī)恒速運(yùn)轉(zhuǎn)拖動(dòng)抽油泵，沿著重力作用方向進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而把原油從數(shù)百至數(shù)千米的井下抽到地面。 目前，我國(guó)生產(chǎn)抽油機(jī)的廠家有十幾家，產(chǎn)品主要是以游梁式抽油機(jī)為主，其研制和開(kāi)發(fā)的各種節(jié)能型游梁式抽油機(jī)，如偏置式節(jié)能抽油機(jī)、雙驢頭異型抽油機(jī)、偏輪式高效節(jié)能抽油機(jī)、漸開(kāi)線抽油機(jī)均以在 3 全國(guó)各油田得到了一定的推廣應(yīng)用，并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。 （ 3）朝著高適應(yīng)性方向發(fā)展 抽油機(jī)應(yīng)具備較高的適應(yīng)性，以便拓寬其使用范圍，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)各種成分石油抽汲的需要；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(zhǎng)沖程的需要；適應(yīng)節(jié)電的需要；適應(yīng)無(wú)電源和間歇抽汲的 需要； 適應(yīng)優(yōu)化抽油的需要等。 但是由于常規(guī)游梁式抽油機(jī)本身的結(jié)構(gòu)特征，決定了其具有平衡效果差，曲柄軸凈扭矩波動(dòng)大，存在負(fù)扭矩、工作效率低和能耗大等缺點(diǎn)。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。分析了按各種方案對(duì)沖程 型抽油機(jī)進(jìn)行計(jì)算的結(jié)果 ,指出該模型可使抽油機(jī)整體設(shè)計(jì)達(dá)到最佳狀態(tài) 本文 建立了 以 有效凈扭矩為目標(biāo)函數(shù)的游梁式抽油機(jī)的優(yōu)化模型 ，并 采用Matlab 對(duì)優(yōu)化模型進(jìn)行求解。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過(guò)的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。目前在用的有桿式抽油機(jī)主要分為以下幾類： 游梁式 常規(guī)式、前置式、偏置式式 斜井式、低矮式、活動(dòng)式 按結(jié)構(gòu)類型分 按平衡方式分 機(jī)械平衡 游梁平衡 曲柄平衡 復(fù)合平衡 氣動(dòng)平衡 液動(dòng)平衡 無(wú)游梁式 低矮式、滾筒式、塔架式、鋼架式 鏈條式、皮帶式、繩索式 抽油機(jī) 2 目前，抽油機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)主要有以下幾個(gè)方面。實(shí)現(xiàn)了 10 型以上的大型抽油機(jī)有功節(jié)電 30%，裝機(jī)功率下降 50%的目標(biāo)，從而開(kāi)創(chuàng)了游梁式抽油機(jī)節(jié)能的新時(shí)代。在長(zhǎng)期的油田使用中，人們普遍認(rèn)為常規(guī)游梁式抽油機(jī)既有它的優(yōu)勢(shì)，也有能耗高的缺點(diǎn)。 為適應(yīng)這復(fù)雜的工況，抽油機(jī)的配置及其實(shí)際工作狀態(tài)往往只能是大馬拉小車 。在上沖程時(shí)，平衡重由高處下落。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，大慶就有兩萬(wàn)余臺(tái)在役的常規(guī)機(jī)，如采用節(jié)能技術(shù)對(duì)其進(jìn)行改造，效益是巨大的，有廣闊的發(fā)展前景。尤其在泵理論排量一定時(shí)，增大沖程可以使光桿有功功率大大增加，系統(tǒng)效率也大為提高。 對(duì)抽油機(jī)主體參數(shù)設(shè)計(jì)的要求 游梁式抽油機(jī)依靠驢頭的上下往復(fù)擺動(dòng)，通過(guò)抽油機(jī)桿柱帶動(dòng)井下抽油泵實(shí)現(xiàn)從井底吸油和向地面排油，其載荷狀況極其特殊。BB，此時(shí)活塞與泵筒開(kāi)始發(fā)生相對(duì)位移，固定閥開(kāi)始打開(kāi)液體進(jìn)泵，故 BC 為吸入過(guò)程。在任一時(shí)刻 游梁與鉛垂線間的夾角 ? 為 ： ? = ????? （ 21） bJ lJb 2ar cco s [ 222 ???? ] (22) ]c o ss ina r c t a n [ ??? ??? rGH rI? （ 23） 2)c o s()s in( ??????? rGHrIJ （ 24） 將式 (22)和式（ 23）代入式 (21)中得： ]co ss i nar c t a n []2ar c co s [ 222 ??? ??????? rGH rIbJ lJb?? （ 25） 游梁擺動(dòng)時(shí)存在一個(gè)最小夾角 min? ，可按下式計(jì)算： ]2 )(a r cc o s [ 2220m i n bk rlkb ??????? ?? （ 26） 10 其中， 22 )( GHIK ??? 。 由于抽油桿柱及包括液流在內(nèi)的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)摩擦阻力隨著抽油機(jī)上沖 程平均速度的減小而降低，同時(shí)也因慣性載荷的降低可以減小抽油桿柱的沖程損失，增加抽油泵柱塞在泵筒中運(yùn)動(dòng)的有效沖程，從而可提高抽油泵的泵效。 優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù) 對(duì)于一個(gè)優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題，存在許多組可行的方案，其中哪一方案最好，需要有一個(gè)評(píng)價(jià)函數(shù)。為便于求解，常把各種實(shí)際工程問(wèn)題抽象為規(guī)范化的數(shù)學(xué)表達(dá)式。 根據(jù)以上對(duì)游梁式抽油機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù)的分析，尚選不出一個(gè)對(duì)任何載荷模型都適用并使 抽油機(jī)的運(yùn)動(dòng)指標(biāo)、能耗指標(biāo)和動(dòng)力指標(biāo)同步優(yōu)化的完美參數(shù)作為優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù) 。 14 同理 lin抽油桿直徑為 的每 米質(zhì)量為 mkgq /? ， )/( mNW r ???)/( mNW r ??? 。最簡(jiǎn)單的方法便是在抽油機(jī)游梁后臂上加一重物，在下沖程中讓抽油桿自重和電動(dòng)機(jī)一起來(lái)對(duì)重物做功，而在上沖程時(shí)，則讓重物儲(chǔ)存的能量釋放出來(lái)和電動(dòng)機(jī)一起對(duì)懸點(diǎn)做功，即 WEEE ?? mdd (218) umu EEEW ?? (219) 式中， uE ， dE 為懸點(diǎn)在上、下沖程做的功； mdmu EE ， 為電機(jī)在上、下沖程做的功； WE 為重物在下沖程儲(chǔ)蓄的能量或重物在上沖程釋放的能量。 /cW 為折算到曲柄上回旋半徑 r 處的平 衡重量， N 。約束條件是控制抽油機(jī)設(shè)計(jì)優(yōu)劣的手段，也是對(duì)目標(biāo)函數(shù)的補(bǔ)充。 ? ? ? ?? ?? ? ?? 142 c os2a r c c os9 222 ??? ?????? RPPR CRPPR ? （ 3） 曲柄平衡重偏置角限制： ???? 。至 20xx 年 6 月推出 版， 20xx 年6 月推出 版，繼而推出 27 版 , 20xx 年 7 月 7MATLAB 和 被推出，目前的最新版本為 版。表中列出來(lái)國(guó)內(nèi)外沖程為 型抽油機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)指標(biāo)對(duì)比 。同時(shí)在我學(xué)習(xí)期間給我極大關(guān)心和支持的各位老師以及關(guān)心我的同學(xué)和朋友，在此表示衷心的感謝！ 通過(guò)這次 畢業(yè) 設(shè)計(jì)，本人在多方面能力都得到了提高。 論文密級(jí)： □ 公開(kāi) □ 保密 （ ___年 __月至 __年 __月） (保密的學(xué)位論文在解密后應(yīng)遵守此協(xié)議 ) 作者簽名： _______ 導(dǎo)師簽名： _______ _______年 _____月 _____日 _______年 _____月 29 _____日 30 獨(dú) 創(chuàng) 聲 明 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )，是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果，成果不存在知識(shí)產(chǎn)權(quán)爭(zhēng)議。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)大概持續(xù)了半年，現(xiàn)在終于到結(jié)尾了。再次對(duì)周巍老師表示衷心的感謝。 學(xué)友情深，情同兄妹。