【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 1 表31 泵徑與抽油桿規(guī)格的匹配尺寸15125251502517525225302753032535375泵徑（mm）抽油桿規(guī) 格CYG13(1/2)CYG16(5/8)CYG19(3/4)CYG19(3/4)CYG22(7/8)CYG22(7/8)CYG25(1) 抽油泵最大外徑管式泵最大外徑受到套管內(nèi)徑的限制，我國(guó)常用的是140（）套管，,與它匹配的抽油泵最大外徑應(yīng)控制在小于116mm，有時(shí)因作業(yè)需要應(yīng)留出更大的空隙，像70真空測(cè)試泵，為了在套管與抽油泵之間窄小的環(huán)形空間內(nèi)下儀器測(cè)試，最大外徑不得大于90mm。有時(shí)為了在小套管中下大泵，不得不采用一些輔助機(jī)構(gòu)（如脫節(jié)器等），但是這樣做，不僅增加作業(yè)難度，而且對(duì)工作的可靠性帶來(lái)一定影響。但本設(shè)計(jì)采用了無(wú)襯套，整泵筒長(zhǎng)沖程和軟硬結(jié)合的短活塞結(jié)構(gòu)。不存在亂缸套問(wèn)題，克服了因 錯(cuò)亂缸套而造成的井下作業(yè)。 抽油泵長(zhǎng)度抽油泵長(zhǎng)度主要取決于泵筒長(zhǎng)度，它與沖程長(zhǎng)度有關(guān)，具體的說(shuō)是柱塞長(zhǎng)度、沖程長(zhǎng)度、防沖距和加長(zhǎng)短節(jié)長(zhǎng)度等決定。推薦柱塞長(zhǎng)度和防沖距按表32選擇。表32 推薦柱塞長(zhǎng)度和防沖距下泵深度90012001500180021002400270030003300柱塞長(zhǎng)度防沖距本防氣抽油泵的活塞采用了軟硬結(jié)合的活塞體，其特征在于活塞體的上部為硬柱塞體，下部為多個(gè)軟活塞環(huán)所組成，,軟活塞環(huán)為尼龍材料。 抽油泵主要零件的設(shè)計(jì)與計(jì)算因各種零件的結(jié)構(gòu)、作用和工況不同，設(shè)計(jì)計(jì)算的內(nèi)容也有區(qū)別。泵筒、柱塞等零件側(cè)重于強(qiáng)度、剛度的計(jì)算，而閥球、閥座、閥罩等零件則側(cè)重與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算。 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（圖31），它是一張極限應(yīng)力圖。抽油泵是一種往復(fù)泵，各種零件所受應(yīng)力為交變應(yīng)力，可借用古德曼圖進(jìn)行計(jì)算。 古德曼圖介紹金屬材料用古德曼圖 ，其橫坐標(biāo)是交變應(yīng)力的平均應(yīng)力，縱坐標(biāo)是最大應(yīng)力和最小應(yīng)力。一張完全的古德曼圖是最大應(yīng)力和最小應(yīng)力凸八邊形構(gòu)成的封閉圖形。工作在封閉圖形范圍內(nèi)的零件其壽命可達(dá)到次循環(huán)以上，是安全的。從圖中可知，只要有關(guān)材料性質(zhì)的三個(gè)數(shù)據(jù)抗拉強(qiáng)度極限、屈服極限和實(shí)際耐久極限確定以后，不難作出古德曼圖。只要幾種零件的、和Ⅰ相同，可以共用一張古德曼圖。 實(shí)際耐久極限試件在周期應(yīng)力作用下，不發(fā)生循環(huán)破壞（循環(huán)破壞次數(shù)達(dá)到次）的最大應(yīng)力稱(chēng)為耐久極限。耐久極限是通過(guò)表面光滑直徑57mm圓柱形試件，在轉(zhuǎn)桿壽命試驗(yàn)機(jī)上試驗(yàn)獲得的。大量試驗(yàn)證明：對(duì)于黑色金屬和和部分有色金屬，耐久極限與材料抗力強(qiáng)度存在一定關(guān)系，并于加載方式有關(guān)，即： （31） =673=式中 ：—耐久極限，MPa；—材料強(qiáng)度極限，MPa；—加載方式系數(shù)，彎曲: 軸向拉壓: 扭轉(zhuǎn)： 。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(chēng)為實(shí)際耐久極限。影響實(shí)際耐久極限的因素主要有偏載情況、直徑大小、工件表面質(zhì)量和介質(zhì)性質(zhì)等。圖31 古德曼圖（l） 偏載系數(shù)軸向拉壓，因偏心而產(chǎn)生不確定的彎曲，將影響實(shí)際耐久極限。對(duì)于抽油泵零件而言可取偏載系數(shù)。（2） 直徑系數(shù)抽油泵泵筒可?。海?）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。抽油泵零件表面大部分經(jīng)過(guò)機(jī)械加工，故推薦表面系數(shù)為： （32） （4）腐蝕情況系數(shù)有腐蝕介質(zhì)存在，將使實(shí)際耐久極限下降，一般取～，腐蝕情況越嚴(yán)重，系數(shù)越小，無(wú)腐蝕。取=（5）實(shí)際耐久極限綜合比較，實(shí)際耐久極限為: （33）= MPa 交變應(yīng)力最小應(yīng)力min，最大應(yīng)力max，平均應(yīng)力m，應(yīng)力振幅a，應(yīng)力振程r ，它們之間的關(guān)系如下： （34） MPa （35） MPa （36） MPa 應(yīng)力集中系數(shù)應(yīng)力集中對(duì)耐久極限有很大的影響，應(yīng)力集中系數(shù)的大小可以參考有關(guān)書(shū)籍取用。對(duì)于抽油泵而言，大部分零件的危險(xiǎn)斷面在螺紋上，推薦按表32確定應(yīng)力集中系數(shù)。由抽油泵泵筒材料選擇則=。有應(yīng)力集中存在時(shí)，可以看作應(yīng)力相應(yīng)增加了倍，仍可應(yīng)用古德曼圖，此時(shí)計(jì)算應(yīng)力比實(shí)際應(yīng)力增大倍。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） 古德曼圖解析法用圖解法比較麻煩，也不便于使用微機(jī)處理，推薦使用解析法。解析法的關(guān)鍵是如何用計(jì)算法求得與相應(yīng)的允許最大應(yīng)力振程。為此把古德曼圖分成四個(gè)區(qū)（見(jiàn)圖31），由于古德曼圖已將極限應(yīng)力曲線簡(jiǎn)化成為折線，故不難求得諸直線的方程及交點(diǎn)的坐標(biāo)。從而求得與相應(yīng)的。各區(qū)對(duì)應(yīng)的平均應(yīng)力的范圍，允許最大、最小應(yīng)力和最大振程等的計(jì)算式列于表45。① 應(yīng)力極限最大應(yīng)力極限 ==353MPa （37）最小應(yīng)力極限 = = 353MPa （38）各區(qū)分界處平均應(yīng)力 （39） （310） MPa② 安全系數(shù)根據(jù)考慮應(yīng)力集中后的平均應(yīng)力來(lái)確定所用古德曼圖的區(qū)間，并由相應(yīng)的計(jì)算式求出允許最大應(yīng)力振程，則安全系數(shù)n為 （311） Ⅰ區(qū)間 （312） MPa 則 （313） Ⅱ區(qū)間 （314） MPa 則 （315） Ⅲ區(qū)間 （316） MPa 則 （317） =Ⅳ區(qū)間 （318） MPa 則 （319） 泵筒的設(shè)計(jì)與計(jì)算圖32 泵筒結(jié)構(gòu)圖泵筒是抽油泵的主要零件，柱塞在其內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，抽汲油液，它又是固定閥、泵筒接箍等零件的支持件。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。 對(duì)泵筒的性能要求（1）泵筒與柱塞形成一運(yùn)動(dòng)副，要保證柱塞轉(zhuǎn)動(dòng)和往復(fù)運(yùn)動(dòng)靈活無(wú)阻卡，且磨損均勻；（2）保證泵筒與柱塞之間有足夠的密封能力；（3）要有足夠的強(qiáng)度、剛度和疲勞強(qiáng)度，能適應(yīng)深抽需要；（4）要有較好的耐磨性；（5）要有較好的抗腐蝕能力。 泵筒的材料從井下介質(zhì)情況看，主要存在固體顆粒和腐蝕性物質(zhì)，不同井中固體顆粒大小、含量和腐蝕性物質(zhì)的化學(xué)成分、濃度都有變化，應(yīng)根據(jù)不同介質(zhì)選擇相應(yīng)的泵筒材料。為了更好地發(fā)揮材料的使用性能，還應(yīng)該與采用的工藝結(jié)合起來(lái)，以達(dá)到較好的經(jīng)濟(jì)效益。制造泵筒的材料主要有碳鋼、合金鋼、不銹鋼和有色金屬。往往因受到泵筒毛坯供應(yīng)情況的限制，最常用的是碳鋼和合金鋼。制造泵筒用的毛坯是緊密鋼管，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)已有生產(chǎn)。可以分為兩類(lèi)：一是直縫焊接、芯軸拉拔的精密鋼管，這種毛坯壁厚均勻，彎曲較小，殘余應(yīng)力較小，易于加工；二是冷拔、冷軋無(wú)縫管，這種毛坯尺寸精度高，表面質(zhì)量好，可以有效控制加工余量，但壁厚不太均勻，殘余應(yīng)力相對(duì)較大。制造組合泵缸套一般用普通無(wú)縫鋼管。泵筒磨擦表面強(qiáng)化工藝主要有碳氮共滲（或滲碳）、氮化和鍍鉻等，國(guó)內(nèi)還在進(jìn)行鍍鎳、鍍碳化鎢合金、激光淬火等工藝試驗(yàn)，均有成功的報(bào)道。綜合考慮 選擇泵筒材料為45號(hào)鋼鍍鉻。制造泵筒的毛坯是精密鋼管（冷拔、冷軋無(wú)縫管）。這種毛坯尺寸精度高，表面質(zhì)量好，可以有效的控制加工余量。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。本設(shè)計(jì)采用鍍鉻。各種泵筒材料與工藝對(duì)井下介質(zhì)的適應(yīng)能力，對(duì)于常用幾種工藝滲（鍍）層厚度及硬度推薦數(shù)值見(jiàn)下表34: 表34 泵筒滲（鍍）層厚度及硬度表面處理方法滲（鍍）層厚度（mm）表面硬度（HRC）心部硬度（HB）鍍鉻66～72207～240滲碳或者滲氮共滲58～66氮化HV856～1307 泵筒的技術(shù)要求（1）內(nèi)徑制造偏差為mm。（2）形位偏差泵筒全長(zhǎng)內(nèi)內(nèi)徑變動(dòng)量要求控制在制造公差內(nèi)。內(nèi)孔圓柱度用綜合測(cè)量，基本尺寸為D的泵筒，用的綜合量規(guī)檢查時(shí)應(yīng)能通過(guò)。 泵筒強(qiáng)度計(jì)算（1）泵筒分類(lèi)①按泵筒壁厚可分為薄壁筒、中厚壁筒、厚壁筒和超厚壁筒。API規(guī)范中，，中厚壁筒和超厚壁筒的壁厚由生產(chǎn)廠自定，超厚壁筒8 ~12mm。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，本次設(shè)計(jì)采用外螺紋。③按受力方式可分為擠扁和復(fù)合抗力兩種。對(duì)于管式泵（TH、TP）受復(fù)合抗力。（2）危險(xiǎn)工況、危險(xiǎn)部位和危險(xiǎn)斷面對(duì)于管式泵而言，無(wú)論上行程或是下行程均為危險(xiǎn)工況，上行程時(shí)泵筒危險(xiǎn)部位在柱塞上方，而下行程時(shí)泵筒在全長(zhǎng)均為危險(xiǎn)部位。如圖（33）所示泵筒危險(xiǎn)斷面兩端螺紋處。推薦螺紋處計(jì)算直徑為： （320） mm 式中 —— 螺紋處計(jì)算直徑，mm。 —— 螺紋螺紋大徑，mm； —— 螺距，mm。圖33 抽油泵受力分析螺紋危險(xiǎn)斷面處，承載面積計(jì)算如下：外螺紋泵筒（用于厚壁筒、中厚壁筒） 。 （321）因此 =44mm