【文章內(nèi)容簡介】 油管外油柱對柱塞下端的壓力 ， 的大小取決于泵的沉沒壓P壓度，作用方向向上；(4)抽油桿柱與油柱運動產(chǎn)生的慣性載荷 和 ，它們的大小桿 慣 油 慣與懸點加速度的小成正比，而作用方向與加速度的方向相反；(5)抽油桿柱與油柱運動所產(chǎn)生的振動載荷 ， 的大小和方向油P油都是變化的；(6)柱塞與泵筒間、抽油桿和油管的半干摩擦力 ，抽油桿柱與摩 干P油柱間、油柱與管間以及油流通過抽油泵游動閥的液體摩擦力 ，摩 液和 的作用方向與抽油桿運動方向相反，其中游動閥的液體摩擦摩 液P摩 干力只在泵下沖程、游動閥打開時產(chǎn)生，所以它的作用方向只向上。上述(1)、(2)、(3)三項載荷與抽油桿的運動無關(guān)，稱為靜載荷；(4)、(5)兩項載荷與抽油桿的運動有關(guān)，稱為動載荷；(6)項載荷也與抽油桿的運動有關(guān)，但是在直井、油管蠟少和原油粘度不高的情況下，它們在總作用載荷中占的比重很小，約占 2%~5%，一般可以略去不計。下面分別討論以上幾種載荷：抽油機在空氣中的重量 為：桿P L桿桿桿桿桿 ?fgf??油管內(nèi)、柱塞上的油柱重 為：油 FFP液桿液桿油 （ )f()f???抽油桿載油中的重量 為：桿 ? LL）（）（ 液桿桿液桿桿桿 ?fgf?油井中動液面以上斷面積等于柱塞面積的油柱的重量 為：油P? )()f()()f HFFP????? 液桿液桿油 （式中 ——抽油桿材料的密度，kg/ ；桿? 3m——抽汲液體的密度， kg/ ；液——抽油材料的重度， N/ ；桿? 3 ——抽汲液體的重度， N/ ；液 3 F ——泵柱塞的面積， ；2m ——抽油桿截面積， m；桿f L——抽油桿長度或下泵深度， m；下面分別對上沖程、下沖程、上死點、下死點四種情況進行分析，見圖 21 所示。(1)上沖程當(dāng)懸點從下死點向上移動時，如圖 21a 所示，游動閥在柱塞上部油柱的壓力下而關(guān)閉，而固定閥在柱塞下面泵筒內(nèi)、外壓差的作用下打開。由于游動閥關(guān)閉，使懸點承受抽油桿自重 和柱塞上油柱重 ，桿P油P這兩個載荷的作用方向都向下。同時，由于固定閥打開，使油管外定沉沒度的油柱對柱塞下表面產(chǎn)生向上的壓力 。因此，上沖程時懸點壓的靜載荷為： 壓油桿靜 上 PP??? 油桿 油沉桿桿沉油桿油桿桿 ）（ LFLF?????)h()f(f(2)下沖程當(dāng)懸點載荷由上死點向下移動時，如圖 21 所示，游動閥在上、下壓力差作用下打開，而固定閥在泵筒內(nèi)、外壓力差作用下關(guān)閉。游動閥打開，使懸點只承受抽油桿柱在液體中的重量 ，固定閥關(guān)閉，使油桿P?柱重量轉(zhuǎn)移到固定閥和油管上。因此，下沖程時懸點的靜載荷 為：靜 下P = 靜 下 桿 ?對抽油桿來說，上死點懸點載荷瞬時發(fā)生變化，由下沖程的 變靜 下到上沖程 ，增加了 其大小為 ，載荷增加使油桿伸長，伸長的靜 上PP?油 ?大小為 ：桿? 桿油桿桿 fELP????式中 E——鋼材的彈性模數(shù)， N/ 。102m a—上沖程 b—下沖程 圖 21 懸點載荷作用 在伸長變形完成以后，載荷 才全部加在抽油桿或懸點上。實際P?上，在抽油桿柱受載伸長的過程中，驢頭已經(jīng)開始上沖程。當(dāng)懸點向上走了距離 時，由于同時產(chǎn)生的油桿柱伸長的結(jié)果，使柱塞還停留在桿?原來的位置，即柱塞相對泵筒沒有運動，因而不抽油。如圖 22C 所示。對油管柱來說，下沖程時，由于游動閥打開和固定閥關(guān)閉，整個油柱重量都由柱塞和抽油桿柱承擔(dān)，而油管柱上就沒有這個載荷的作用了。因此，在抽油柱加載的同時油管柱卸載。卸載引起油管柱的縮短，直到縮短變形完畢以后，油管柱的載荷才全部卸掉。油管柱縮短的大小為：管? 管油管 f39。ELP??式中 ——油管管壁的斷面積， ；管f 2m這樣一來，雖然懸點帶著柱塞向上移動，但是由于油管柱的縮短，使油管柱的下端也跟著柱塞向上移動，柱塞相對泵筒沒有運動，還不能抽油，如圖 22d 所示。一直到懸點經(jīng)過一段 以后，柱塞才開始抽油。管? 上沖程 下沖程 a) b） c） d） e） 圖 22 抽油桿柱和油管柱變形過程(3)上死點 經(jīng)分析表明：懸點從下死點到上死點雖然走了 S，但由于抽油桿柱和油管柱的靜變形，使抽油泵柱塞的有效沖程長度 比 S ?。盒?S 效S?而靜變形 為：? = = = 管油桿油管桿 EfLP????）（ 管桿油 f1????桿(210)式中 稱為變形分配系數(shù)，一般可取 ~。管桿f1???(4)上死點它和下死點情況恰恰相反。這時對抽油桿柱來說，靜載荷由上沖程的 變到下沖程的 ，減小了油柱重 ，抽油桿因效管桿油靜 下靜 上 SP?? 靜 下P油P?而縮短了 。因此，當(dāng)懸點向下走了 時，由于抽油桿柱的縮短，柱桿 桿?塞在井下原地不動，它對泵筒不產(chǎn)生相對運動，因而不能排油。而對油管柱來說，因為加載 而伸長了 ，油管(或泵筒)好象跟著柱塞往下油P?桿走。所以，在懸點再走完入 以前，柱塞和泵筒還不能產(chǎn)生相對運動，管?也不會排油。因此，在排油過程中，柱塞的有效沖程長度 比懸點沖效S程長度 S 減小了一個同樣的靜變形 值。上、下沖程中懸點載荷隨懸點位移的變化規(guī)律用圖 23 來表示，這種圖形稱為靜力示功圖。 圖 23 靜力示功圖圖中 AB 斜線表示懸點上沖程開始時載荷由柱塞傳遞到懸點的過程。EB 線相當(dāng)于柱塞與泵筒沒有發(fā)生相對運動時懸點上行的距離，即 EB=。當(dāng)全部載荷都作用到懸點以后，靜載荷就不再變化而成水平線?BC，到達上死點 C 為止。 CD 段表示抽油桿柱的卸載過程。卸載完畢后，懸點又以一個不變的靜載荷向下運動，成為水平線 DA 而回到 A。根據(jù)大慶地區(qū)的實際情況：泵掛 1000m，沉沒度 300m，泵徑70mm，抽油桿直徑 25mm，沖程 S=3m，沖次 n=9 次\min，含水 ； 2462 ???????桿f ）（桿?）（油 2462 ???????FL=1000mm30h ?沉 ）（）（ 沉油油桿桿靜 上 hf???LFLP?）（）（靜 上 4?????P ????靜 上所以：(1)上沖程：=）（）（ 沉油油桿桿靜 上 hf????LFLP??(2)下沖程： ??）（ 油桿桿桿靜 下 ?(3)下死點： ???桿(4)上死點： = 懸點最大沖程長度 mazS懸點最大沖程長度主要決定了抽油機的產(chǎn)量。在石油機械中，應(yīng)用的懸點最大沖程長度 從 到 10 米，而最為廣泛的是在 6 米以下。mazS根據(jù)大慶地區(qū)現(xiàn)行抽油機的情況，本機型的最大沖程長度設(shè)計在 米。 懸點最大沖程次數(shù) maxn懸點的最大沖程次數(shù)表明了抽油機的抽汲工況。最大沖程次數(shù)和懸點最大沖程長度 一起確定了抽油機的最大產(chǎn)量（當(dāng)泵徑一maxnmazS定時） 。目前實際應(yīng)用的最大沖次從 2 到 20 由于抽油桿的折1in?1mi?斷次數(shù)與之成正比，因此限制了沖次的提高。根據(jù)大慶地區(qū)的現(xiàn)行抽油機的情況，本機型的最大沖程次數(shù) 定maxn為 9 。1min? 減速箱曲柄軸的最大允許扭矩 maxM曲柄軸的最大允許扭矩與懸點載荷、懸點最大沖程長度以及懸點的最大沖程次數(shù)有著一定的關(guān)系。特別是和懸點最大沖程長度成正比。懸點沖程長度越大，曲柄軸上的最大允許扭矩就越大。曲柄軸的最大允許扭矩也確定了減速箱的尺寸和重量。根據(jù)減速箱的最大允許扭矩 ,maxM抽油機可分為：小扭矩： ?中等扭矩： 大扭矩： 超大扭矩： 將扭矩與沖程次數(shù)相乘可得抽油機的功率。按照抽油機的功率可將抽油機分為：小功率： 5kwmaxN?中等功率：5kw 25kwmaxN?大功率： 25kw 100kwmaxN?超大功率： 100kwa常規(guī)游梁式抽油機由于采用的是曲柄處平衡，懸點的最大載荷主要取決于抽油桿柱和油柱的重量，其上沖程的最大懸點載荷可達 60kN，因此可稱之為重型抽油機。而本機型采用了在輪處直接平衡，這樣在上下沖程的載荷都只相當(dāng) 20kN 左右，也就是只相當(dāng)于常規(guī)式抽油機的最大懸點載荷的 1\ , 由于平衡重在輪上，所以：上沖程時，根據(jù)平衡原理： CPM??下沖程時，此時 比 大，根據(jù)平衡原理：PM= CP式中 M——所需扭矩；——平衡重產(chǎn)生的扭矩；C——懸點載荷產(chǎn)生的扭矩。P本機型所采用的在輪處直接平衡，在上下沖程的懸點載荷都被平衡重所平衡一部分或全部平衡，所達到的效果是只相當(dāng)于常規(guī)式抽油機的最大懸點載荷的 1/3,并且在整個工作過程中 M 的值波動較小 。]13[ 主要結(jié)構(gòu)尺寸確定在設(shè)計這個抽油機的過程中，我們本著在原機的基礎(chǔ)上進行設(shè)計，盡可能的保證與原有結(jié)構(gòu)一樣，因此設(shè)計出的抽油機的零件與常規(guī)機的零件具有通用性，很多部分的結(jié)構(gòu)與常規(guī)機結(jié)構(gòu)相似，這樣對于工人操作沒有更多或者更高要求。對于結(jié)構(gòu)尺寸的計算，為了準確，采用了計算機繪圖和計算編程來實現(xiàn)，只需賦值銷子所在半徑，曲柄長，以及極位夾角計算機會自動算出連桿的長度，然后結(jié)合 AUTOCAD 繪圖就能給出各個具體尺寸。如表 21 所示本機型的主要結(jié)構(gòu)尺寸。表 21 抽油機的主要結(jié)構(gòu)尺寸垂直中心距（m） 水平中心距（m） 游梁前臂長（懸點半徑） （m） 游梁后臂長（銷子作用半徑） （m） 極位夾角（176。） 13連桿長度（m） 中心連線長（m） 輪轉(zhuǎn)角（176。） 133曲柄回轉(zhuǎn)半徑（m） 沖程（m） 沖次（min ）1? 9第 3 章 新機型的運動分析 運 動規(guī) 律分析在分析懸點運動規(guī)律時，目前一般采用兩種分析方法：一是簡化分析方法；二是精確分析方法。簡化分析方法可分為兩種：一種是簡化為簡諧運動；而是簡化為曲柄滑塊機構(gòu)。簡化分析方法的研究結(jié)果可用于一般計算和分析。但是做精確的分析計算和抽油機機構(gòu)設(shè)計時，則有必要按精確分析方法來研究抽油機的實際運動規(guī)律 。]12[在精確分析抽油機運動規(guī)律時，復(fù)變矢量法是一種比較簡單的方法。根據(jù)所設(shè)計的抽油機的結(jié)構(gòu)，我們對其進行了簡化。如圖 41 所示為雙輪直平式抽油機的運動分析簡圖。下面我們就對它進行具體的運動分析 ]12[圖 31 運動分析(1)曲柄轉(zhuǎn)角 θ 從 12 點鐘位置算起，角速度沿順時針方向時取為正值。(2)各桿件的參考角 等角度均從基桿算起，并且沿逆時432?、針方向取為正值。圖中幾何關(guān)系為：